Жизнь – есть способ существования белковых тел

• закрепить знания учащихся о белках как о ВМВ (высокомолекулярные вещества);
• на основе знаний о строении белков изучить их свойства и биологические функции;
• на конкретных примерах данной темы выявить тесную взаимосвязь химии и биологии.

Методы: групповая и самостоятельная работа, работа с дополнительной литературой, эвристическая беседа, диалог из зала, лабораторная работа, решение задач.

Оборудование: мультимедийная система, диски по теме, таблицы, схемы, карточки.

1. Организационная часть урока.
2. “История открытия белков. Значение белков”
3. Изучение нового материала.
4. Закрепление изученного материала.
5. Вывод.

*Перед проведением урока отдельные учащиеся получают индивидуальные задания и готовят самостоятельные выступления.

Ход урока

I. Организационная часть

Слайд 3. На экране – эпиграф конференции:

Учитель:

Как Вы уже поняли, сегодня встретятся две науки: биология и химия, которые друг без друга не могут просто существовать. И встретились они, чтобы вместе поговорить о жизни на Земле.

Слайд 4.В беседе по данному вопросу будут принимать участие 2 научные лаборатории, которые очень тесно занимаются этим вопросом.

Первая лаборатория — “Биологический синтез”. Возглавляет ее группа учащихся_______________ и вторая лаборатория “Химический эксперимент”, которую возглавляет группа учащихся___________________.

А также в нашей рабочей беседе будут принимать участие присутствующие юные биологи и химики, которым небезразлична эта тема.

Слайд 5.Ученик – биолог (№1)

Знаменитый путешественник и естествоиспытатель Александр Гумбольдт на пороге 19 века задался вопросом “Что такое жизнь?”. Ф. Энгельс в работе “Анти Дюринг” дал определение жизни: “Жизнь – есть способ существования белковых тел, существенным моментом которого является постоянный обмен веществ с окружающим их внешней природой. Причем с прекращением этого обмена веществ прекращается и сама жизнь, что приводит к разложению белка”.

Заметьте, что это определение было дано в 19 в., тогда еще не было достаточно изучено строение белка, его основные функции, химические свойства. Но это определение жизни и сейчас является самым точным. Наша цель сегодня, в начале 21 в., доказать эти слова, как теоретически, так и практически.

Слайд 6.Ученик – биолог (№2)

Синоним белка – протеин используется во всей научной литературе. От греческого слова “протеин”, что означает “первый, главный, величайший”. В 1754 г. итальянец Беккари выделил из пшеничной муки клейкую массу – клейковину и оказалось, что она растительного происхождения и напоминала по свойствам продукты, которые можно получить от животных организмов. Беккари сделал вывод о существовании особых веществ, присущих и животным, и растениям. Это положило начало изучению белков.

Слайд 7.Ученик-химик (№ 1):

В 1888 г. русский ученый А. Я. Данилевский на основании своих опытов впервые высказал гипотезу о пептидной связи между остатками аминокислот в белковой молекуле. Через 11 лет исследованием белков занялись немецкие ученые химики-органики Фишер и Гофмейстер. Они высказали предположение: в белках аминокислоты связаны за счет аминогруппы для одной кислоты и карбоксила другой. При образовании такой связи выделяется вода. Спустя почти 100 лет мы определенно можем сказать, из чего же состоит белок. Составом белка очень плотно занимается лаборатория “Биологический синтез”.

III. Изучение нового материала.

Слайд 8. Ученик-биолог(№ 3):

АК(аминокислоты)– низкомолекулярные соединения в состав которых входят С, Н, О, N, S, Mg, Fe. Известно до 120 АК. Например (показ по таблице) Первой АК в живой природе выделили аспарагин. Ее открыли еще в 1806 году Луи Николи Воклеи и Пьер Жан Робике. Открытия длились до 1937года и все закончилось на аминокислоте треонине. Слова состоят из букв алфавита 33 буквы в кириллице, 26 в латыни. И живом организме есть аналогия “слова” – белок буквы алфавита — это аминокислоты и их 20. Посмотрите вот две аминокислоты

Слайд 9.

Чем они похожи? Да (есть СООН и -NH2__), а чем отличаются? (радикалом). Знаете ли вы, что АК являются предшественниками антибиотиков, гормонов, витаминов. Например: глицин – он регулирует возбуждения и торможение в головном мозге. Увеличивает работоспособность и улучшает память. Но существует аминокислоты, которые синтезируются в организме человека из других, не входящих в состав белка продуктов. Такие аминокислоты называют заменимыми. Они зашифрованы в этом стихотворении:

Алый вальс летит из лога

(Аланин Валин лейцин изолейцин)

Медь прощаний трав финал

(Метионин пролин триптофан фенилаланин)

Глина серая, тревога

(Глицин серин треонин)

Церемонность, тишина

(цистеин Тимин)

Аспидные глуби листопада

(аспарагин глутамин лизин)

Падают в гигантские аркады.

(гистидин аргинин)

Слайд 11.Биолог № 4:

Я расскажу о незаменимых кислотах, которые поступают в организм человека с пищей. Их 8: валин, лейцин, изолейцин, лизин, треонин, метионин, фенилаланин, триптофан. Их легко запомнить с помощью одного предложения:

Валя лейку изогнула, Лиза требует металл и три фена

валин лейцин изолейцин лизин треонин метионин трипрофан фенилаланин

Ежедневно взрослому человеку требуется 80 -100 грамм АК, из них незаменимых – 30 г. Итак, белок – это составная часть пищи. Многие растительные продукты, особенно злаки содержат белки пониженной ценности: в курице – нет метионина, триптофанав пшенице – нет лизина и треонина. С этой точки зрения благоприятными являются сочетание растительных, животных, молочных продуктов.

Биолог № 1 – Давайте проверим, запомнили ли вы заменимые и незаменимые аминокислоты.(Из перечня аминокислот на экране выписывают 1 вариант– заменимые, 2– незаменимые).

Учитель:

Биологи рассказали нам о составе белков, но какого же их строение? Слово сотрудникам хим. лаборатории. (Один ученик на доске сразу пишет образование трипептида вал– гли– лиз)

Слайд 12.Ученик – химик (№1):

Всё гениальное – просто. Строение белка простое, на первый взгляд, но какое оно сложное, если рассмотреть весь процесс образования белка. При всём многообразии пептидов и белков, принцип построения их молекул одинаков. Связь между альфа – аминокислотами осуществляется за счёт карбоксильной группы -одной аминокислоты и аминогруппы другой аминокислоты, которая, в свою очередь, своей карбоксильной группой связывается с аминогруппой следующей кислоты и т.д. Связь между остатками аминокислот, а именно: между группами С=О одной кислоты и NH другой кислоты – является амидной; пептидной связью, -CO-NH-называется пептидной группой. Вот об этом мы сейчас и проговорим.

H₂N-CH-C– + HNH-CH-C HNH-CH-C ->ЗН₂О + H2N-CH-C-N-CH-C-N-CH-C + ЗН2О

(Запись в тетрадях).

Ученик – химик (№2):

Формально пептидная, или белковая цепь представляет собой продукт поликонденсации аминокислот. Один из концов цепи, где находятся остаток аминокислоты со свободной аминогруппой называется N-концом (сама аминокислота N-концевой), другой конец цепи с остатком аминокислоты, имеющей свободную карбоксильную группу называется С-концом (кислота С-концевой).Так об. пептидная цепь построена из повторяющихся участков -СН-CO-NH– составляющих скелет молекулы, и отдельных групп-радикалов -R¹,R^1I,R¹¹¹ и так далее.

Учитель:

Посмотрите на доску, здесь записана схема образования трипетида. Запишите ее в тетрадь. Пептидную цепь всегда записывают, начиная с N-конца. В названии пентида за основу принимают С-концевую кислоту,остальные аминокислоты указывают как заместители (с суффиксом– ил), перечисляя их последовательно с N-конца например: валил– глицил-серин.

Слайд 13.Ученик – химик (№3):

Каждый пептид и белок обладает строго определенным составом и последовательностью аминокислотных остатков в цепи. Это и определяет их уникальную биологическую специфичность.

Первичная структура (линейная) – это последовательность аминокислотных остатков в полипептидной цепи. Например; инсулин– гормон поджелудочной железы. Цепи пептидов и белков принимают в пространстве определенную более или менее компактную форму. Уникальная особенность белковых молекул заключается в том, что они имеют, как правило, четную пространственную структуру, или конформацию.

Вторичная структура – структура спирали. В одном витке спирали помещается около 4 аминокислотных остатков. Спираль держится за счёт водородных связей (С=О, N=H), направленными вдоль оси спирали. Все боковые радикалы аминокислот находятся снаружи спирали – такая конформация называется А-спиралью,(Например: белок волос, шерсти). Другой вариант упорядоченной структуры полипептидной цепи. В-структура или В-скелет находятся в зигзагообразной конформации, и цепи располагаются параллельно друг другу, удерживаясь водородными связями, (например белок натурального шелка – фиброин).

Третичная структура. Молекула стремится к наиболее компактной конфигурации, позволяющей ей максимально реализовать свои функции – это есть трёхмерная конфигурация спирали, образуются глобулы (клубки) или фибриллы (нитевидные структуры). Устойчивость третичной структуры способствует взаимодействию между функциональными группами, с образованием дисульфидных, сложноэфирных и амидных мостиков.

Четвертичная структура – характерное образование олигомерного белка из нескольких полипептидных цепей.

Учитель:

Итак, мы рассмотрели с Вами строение белка. Оказывается, мы можем записать структурную формулу белка, зная их основные составляющие, то есть аминокислоты и их порядок соединения (работа по вариантам: записать образование трипептида аланил-глицил-серин и глицил-серилг-истидин (указать пептидные группы и N – С – концы;

2 человека из класса работают у доски, после выполнения берется 6 работ по желанию уч-ся, ставятся оценки)

Слайд 14.Ученик-химик(№ 4):

Пока проверяются Ваши работы давайте закрепим пройденный материал. Блиц-опрос:

1. В каком гибридном состоянии находится углерод в С=О?

2. Что Вы знаете о структуре белка?

3. Какими связями удерживается вторичная структура белка?

4. Исходя из строения белка, какой можно сделать вывод? (желательно, чтобы вывод сделали сами учащиеся).

Учитель:

В заключении этого блока хочется добавить, что издревле спираль считалась символом развития. Спираль – разомкнутая форма, она открыта в будущее и прошлое. И не случайно, что и молекула ДНК, также имеет такую форму. Ну, а теперь, слово Ваше, уважаемые биологи, каковы же функции белков.

Слайд 15.Ученик № 1:

Оказывается, белки и пептиды это разные понятия. Белок – это законченная структура, а пептид – это часть белка, состоящая из аминокислот. В дальнейшем мы увидим разницу. Белки выполняют много функций и все они важны. Это стройматериал и защита, энергия и регуляция. Более подробно об этом расскажут мои коллеги.

Ученик от биологической лаборатории № 2:

Проводя ряд исследований выяснили, что белок играет каталитическую или ферментативную функцию. Все реакции организма идут с помощью ферментов. А ферменты – это белки. Если разрушена третичная структура белка, активность фермента снижается. Ферменты выполняют роль катализаторов. Но реакции идут при определенной температуре, давлении, рН среды. Ферменты катализируют только один тип реакции: уреаза – мочевину, целюллаза – целюллозу. Ферменты состоят из белка и небелковой части. Активный центр состоит из белка и на нем идет сама химическая реакция, небелковая часть называется кофермент, состоит из витаминов и легких металлов и он активизирует активный центр (проводятся лабораторные работы о каталитической активности ферментов в мясе птицы, млекопитающих, в плодах, овощах). На простых примерах, опытах, мы показали как ферменты расщепляют вещества, а представьте, что происходит в желудке человека.

Ученик-биолог № 3:

Следующую функцию, можно сравнить с машиной. В зимний период в машину льют антифриз для того чтобы вода не замерзала в радиаторах. В организме человека вместо “воды” – кровь. Зачем что-то нам лить, если у нас в крови тоже присутствует “антифриз”, который предохраняет кровь от замерзания.

Транспортная функция – ее выполняет гемоглобин в крови.

Ученик – биолог (№ 4):

Функций белков много, но я бы выделила следующие: Например, строительная или структурная. К строительным белкам относят кератин волос, фибриллы мышц, эластичность сухожилий. А возьмите белок + РНК — тело рибосомы, белок + ДНК— тело хромосомы

А гормональная функция. Разве она не возможна. Ведь гормоны – это белки, которые управляют организмом и его работой. Представьте поджелудочную железу. Она вырабатывает инсулин, он регулирует уровень сахара в крови, если избыток, то отправляет его в печень, где он превращается в гликоген, а если его убрать, то будет у человека сахарный диабет. А вы можете привести примеры о гормонах? (ответы учащихся)

Для заметок: (окситоцин – гипофиз; гормон роста – гипофиз; щитовидная железа – тироксин, если много – базедова болезнь, если мало – микседема) -

Ученик – биолог(№ 1):

Молодцы! Знаете гормоны. Наверно вы устали, давайте сделаем физкульт– минутку:

Посмотрите влево, вправо, вверх, вниз, круговые движения, зажмурьте глаза, расслабьте мышцы, откройте глаза. Погладьте брови, глаза, веки. Повернитесь на стуле направо, налево. Выпрямите спину, сядьте позу кучера, расслабьтесь. Потрите ладони, пальцы и активизируйте работу организма. Найдите активные точки на лбу, висках, возле крыльев носа, подбородке и помассируйте их. Молодцы, выполнили зарядку, ваши белки выполнили двигательную функцию. Внутри мышечного волокна происходят белковые волокна – сократительные миофибриллы, а им помогали миозин и актин. Вот так.

Учитель:

Кто сможет еще добавить?

Ученик – биолог (№ 2):

Я хочу рассказать о защитной функции белка. У нас в организме есть белые кровяные клетки – лейкоциты. Они вырабатывают антитела белковой природы. Например: вы переболели гриппом, а антитела у вас в организме уже вырабатывают иммунитет к этой болезни. Ветряная оспа, если ею переболеть, то болеть не будешь. А знает ли кто-нибудь в удитории сегда ли защита нужна организму?

Я вижу, вы неплохо разбираетесь в белках, но в организме есть еще одна функция – энергетическая. Белок расщепляется до аминокислот, они до углекислого газа, аммиака, воды и мочевины с выделением энергии. 1 г – 17,6 кДж пищи. Куда пойдет энергия от расщепления белка? (ответы: на механическую работу, на тепло, на синтез новой энергии).

Учитель:

Нам, очень интересны, конечно же, химические свойства белков. Итак. .. Большинство белков образуют коллоидные растворы, доказательством чего служит способность рассеивать свет. Размеры молекул велики, поэтому их молекулярная масса тоже велика. Существуют белки растворимые и нерастворимые в воде (например: опорные ткани, ногти, шерсть, хрящи).

Белки способны сильно набухать в воде, имеют ярко выраженные гидрофильные свойства. В растворе белка могут происходить следующие процессы:

• всаливание (выделение белка из раствора при добавлении соли);

• денатурация (переход в состояние отличное от природного, с частичной или полной потерей биологической активности);

• коагуляция (нарушение структуры гидратных оболочек макромалекулы).

Прежде, чем зайти в нашу минилабораторию вспомним правила техники безопасности (учащиеся рассказывают правила техники безопасности при работе с кислотами, щелочами, со спиртовкой).

О результатах изучения белков доложат сотрудники лаборатории “Химический эксперимент”.

Лабораторный опыт 1. СВЕРТЫВАНИЕ БЕЛКОВ ПРИ КИПЯЧЕНИИ.

Лабораторный опыт № 2. ВЫСАЛИВАНИЕ

Лабораторный опыт 3. КСАНТОПРОТЕИНОВАЯ РЕАКЦИЯ

Лабораторный опыт 4. БИУРЕТОВАЯ РЕАКЦИЯ

Давайте теперь сравним данные нашей лаборатории с данными из другой, виртуальной лаборатории (просмотр фрагментов лаб. работ электронного носителя к учебнику). Есть ли расхождения во взглядах? (учащиеся дают комментарии по сравнению)

Химик № 1:

В белках содержится карбоксильная и аминогруппа, поэтому, подобно аминокислотам, они проявляют амфотерные свойства. При действии кислот белок реагирует как катион, образуя соль. При действии щелочи белок реагирует как анион, образуя также соль. Если в молекуле белка преобладают карбоксильные группы, то он проявляет свойства кислот, если аминогруппы – свойства оснований. Белки имеют в боковых ответвлениях (радикалах) полипептидных цепей раз личные функциональные группы, поэтому могут вступать в химические реакции: окисления, восстановления, нитрования, дезаминирования и др. За счет функциональных групп они могут соединяться с небелковыми веществами (углеводами, фосфорной кислотой и др.), образуя еще более сложные молекулы. процессы в организме. Существенные долгие процессы переваривания и всасывания белков, они связаны с гидролизом.

Гидролиз белка – это, прежде всего, разрушение из важнейших уровней организации белковой молекулы.

Слайд 16.Учитель:

А сейчас мы хотим пригласить Вас в магазин, где вы можете “приобрести” продукты белкового происхождения.

Ученик-химик:

Хочу заметить, что белковые продукты – это ценнейшие продукты питания. Но от некоторых вы отказываетесь, а зря. Я настоятельно рекомендую кушать их. Ведь они нужны и для лечения различных заболеваний.(демонстрирует продукты с кратким комментарием): молоко, молочнокислые продукты, сыр, яйца, мясо, рыба.

Слайд 17.Учитель химии:

Сколько же нужно употреблять человеку в день белка? (варианты предлагают дети ответов). Не будем гадать, давайте решим задачу и ответим на этот вопрос.

Задача: Известно, что для взрослого человека необходимо 1,5 г белка на 1кг массы. Зная свою массу, определите норму необходимого потребления белка для своего организма.

(1,5г-1кг; х=1,5*50/1=75; х-50кг)

(Свои варианты ответа; решение у доски)

Задача: При продолжительности жизни 70 лет обновление белка происходит 200 раз. Зная свой возраст, предложите, сколько раз поменяется у Вас белок? (45 раз в 11 классе)

Учитель химии:

И в заключение краткого знакомства с белками, чтобы проверить насколько вы усвоили тему сегодняшнего урока, проведем тестирование (на столы раздаются вопросы по вариантам приложение 1).

Учитель:

Из правильных ответов составьте слова, которые не раз упоминались сегодня на уроке – ключевые слова.

На другой стороне листов, где записаны вопросы теста большими буквами. Напишите эти слова и давайте этими словами ответим на вопросы, поставленные в начале урока.

Итак. 1 вариант – Белок Б. Второй вариант-ЖИЗНЬ.

Подводим итоги. Работники химической и биологической лабораторий за свою научную работу получают сегодня повышение заработной платы в 5 раз. (Оценка “5”)

И вы, юные биологи и химики, тоже за активную работу в области исследования белка так же получаете оценки. Вашим домашним заданием будет составить репортаж с места событий, или кроссворд о белках, или найти дополнительную необычную информацию по данной теме.

Литература, используемая в подготовке к уроку (приложение 2).