Изучение белков в школьном курсе биологии и химии

Белки изучаются в школьных курсах общей биологии в 9-х и 10-х классах и в курсе органической химии. Поэтому целесообразно проводить интегрированные уроки биологии и химии. Изучаемый материал очень объемный и рассчитан на два урока, которые сопровождаются презентацией Microsoft Power Point. Материал презентации может быть использован учениками при изучении этой темы дома самостоятельно.

Тип урока: комбинированный.

Цель: изучить белки, их строение и функции, классификацию и свойства, проверить уровень усвоения темы “ Амины. Аминокислоты”.

Задачи урока.

Обучающие:

1. Изучить белки (состав, строение, свойства, функции и значение).

2. Выработать умение составлять план и тезисы урока.

3. Формировать навыки выполнения лабораторных опытов.

Воспитывающие:

1. Воспитание сознательного отношение к учебному труду.

2. Развитие интереса к знаниям.

3. Формирование адекватной самооценки.

4. Развитие умений участвовать в общем диалоге.

5. Формирование собственной компетентности.

Развивающие:

1. Формировать умение анализировать, сравнивать и делать выводы.

2. Формировать умение и навыки устной речи.

3. Развивать навыки работы в группе.

Оборудование: экран, компьютер,CD диск с презентацией, раздаточные карточки для самостоятельной работы (приложение 2).

Реактивы: концентрированная НCl , яичный белок, волосы, раствор NaОН, уксусная кислота, спиртовки, пробирки, спички, концентрированная HNOз, лакмус, натуральная шерсть, шёлк, пробиркодержатели.

Методы и методические приёмы: беседа, демонстрация опытов, использование тестов, химический диктант, работа с учебником, работа в группах и парах при выполнении химического эксперимента.

Ход урока

I. Организационный момент.

II. Опрос по домашнему заданию в форме химического диктанта, цель которого проверить уровень усвоения темы “ Амины. Аминокислоты”. Учащимся раздаются листочки для проверочной работы. Учитель проводит химический диктант, который требует однозначных ответов “Да”+ или “Нет”-.

Химический диктант

1. Амины - органические основания

2. Аминокислоты содержат аминогруппу и карбоксильную группу

3. NH₂-аминогруппа

4. Анилин - ароматический амин

5. Аминокислоты могут взаимодействовать друг с другом

6. Аммиак более сильное основание, чем метиламин

7. Анилин и фениламин - два разных вещества

8. Амины подвержены горению

9. Аминокислоты содержат аминогруппу при первом атоме углерода

10. Из аминокислот построены белки

Ответы:

Самопроверка данной работы осуществляется каждым учащимся самостоятельно с последующим выставлением оценок. Подняли руки у кого “5”, “4”, “3”, “2”?

III. Объявление темы и цели урока. (Слайд 2). Мотивация учебной деятельности.

Сегодня мы продолжаем изучение органических азотсодержащих соединений. Мы уже знакомы с аминами, аминокислотами. На этом уроке нам предстоит знакомство с природными полимерами – белками. Мы познакомимся с их строением, классификацией, свойствами, биологической ролью в жизни человека, их применением.

Первый белок, с которыми мы знакомимся в своей жизни - это белок куриного яйца, альбумин. Он при нагревании сворачивается, а при долгом хранении в тепле протухает.

Волосы, ногти, когти, шерсть, перья, копыта, наружный слой кожи — все они почти целиком состоят из другого белка — кератина. Белок пепсин, содержащийся в желудочном соке, сам способен разрушать другие белки, это нужно для пищеварения. Белок змеиного яда способен убить человека. Белок гемоглобин помогает переносить по нашему организму кислород, необходимый для дыхания. Значит, мы можем сказать, что без белков не может существовать наш мир.

IV. Формирование новых знаний.

План изучения белков. (Слайд 3)

1. Что такое белки?

2. Нахождение белков в природе.

3. Состав белков.

4. Классификация белков.

5. Строение белков.

а) первичная структура;

б) вторичная структура;

в) третичная структура;

г) четверичная структура.

6. Свойства белков.

7. Функции белков.

8. Превращение белков в организме.

9. Значение белков.

10. Тест.

11. Домашнее задание.

1. Белки - это высшая химическая форма развития органического мира. Белки - это биополимеры. Ученые установили, что мономерами в белках являются аминокислоты.

В 1903 году немецкий ученый Э.Г.Фишер предложил пептидную теорию, которая стала ключом к тайне строения белка. Он предположил, что белки представляют собой полимеры, состоящие из остатков аминокислот, соединенных между собой пептидной связью H-N–C =O и экспериментально это подтвердил. Ему удалось синтезировать полипептид, состоящий их 19 остатков аминокислот. Идея о том, что белки – это полимерные образования, высказывалась еще в 1888 году русским ученым А.Я.Данилевским. (Слайд 4)

Белок – это высокомолекулярное органическое соединение, представляющее собой биополимер, состоящий из мономеров, которыми являются a - аминокислоты соединенные пептидной связью. (Слайд 5)

Учитель задает вопрос: “Как вы думаете, где в природе находятся белки?”

2. Находятся белки в протоплазме и ядре всех растительных и животных клеток, значит, они являются главными носителями жизни. (Слайд 6)

Учитель задает вопрос: “Скажите, какой орган, по вашему мнению, содержит больше белка, а какой меньше?”

3. Содержание белков в различных тканях человека. (Слайд 7)

Органы человека содержат разное процентное содержание белка: мышцы до 80%,

лёгкие - 72%, кожа - 63%, печень - 57%, мозг - 15%,жировая и костная ткани, зубы - 14-28%

Белки содержат в среднем около 50-52% углерода, 19-24% кислорода, 15-18% азота, 6-8% водорода, 0,5-2,0% серы. В составе отдельных белков обнаружены также фосфор, йод, железо, медь и некоторые другие макроэлементы, и микроэлементы. (Слайд 8)

Задание учащимся: сравните между собой белки - инсулин и гемоглобин.

Учащиеся самостоятельно, с использованием таблицы слайда 9 презентации, находят отличия инсулина и гемоглобина и записывают в тетрадь.

Ответ: у гемоглобина в 11 раз больше число аминокислотных остатков, чем у инсулина и масса отличается тоже в 11 раз.

4. Белки классифицируют. (Слайд 10, 11)

По составу: простые (состоят только из аминокислот) и сложные (содержат белковую и небелковую части).

По растворимости: растворимые и нерастворимые.

По агрегатному состоянию: жидкие и твердые.

5. Белки имеют сложную структуру. (Слайд 12). Развитие новых экспериментальных методов исследования в органической химии обусловило успехи в изучении структуры белка. В настоящее время различают первичную, вторичную, третичную и четвертичную структуры белковой молекулы

Последовательность чередования различных аминокислотных звеньев в полипептидной цепи молекул - это первичная структура белка. (Слайд 13).

Вторичная структура – возникает за счет скручивания первичной структуры в спираль или в гармошку за счет водородных связей между соседними витками или звеньями. (Слайд 14).

Третичная структура - реальная трёхмерная конфигурация, которую принимает в пространстве закрученная в спираль полипептидная цепь. Поддерживается взаимодействием между функциональными группами радикалов полипептидной цепи. Обуславливает специфическую биологическую активность белковой молекулы. (Слайд 15).

Четвертичная структура – представляет собой объединение нескольких глобул с третичной структурой в единый конгломерат. (Слайд 16)

6. Свойства белков

Высаливание. (Слайд 17)

Учитель демонстрирует растворимость в воде яичного белка и нерастворимость волос. (Слайд 18)

Пенообразование. (Слайд 19)

Гидролиз-это основа процесса пищеварения. В желудке под действием ферментов и соляной кислоты белковые молекулы распадаются на аминокислоты. (Слайд 20)

Денатурация - процесс свёртывания белка под воздействием нагревания или кислот, щелочей, солей тяжёлых металлов. (Слайд 21)

Выполняем лабораторный опыт в парах.

Нагреть 1 пробирку с сырым яичным белком, а во 2 пробирку с сырым яичным белком добавить соляную кислоту.

Ученики по-очереди комментируют проведенные опыты. Делаем вывод: свертывание белка при нагревании и при добавлении кислот – это необратимый процесс денатурации.

Существуют химические реакции, служащие для распознавания белков - это цветные реакции. Учитель демонстрирует качественные реакции на белки.

Ксантопротеиновая реакция. (Слайд 22)

В пробирку поместили 2 мл раствора белка (с творогом будите делать самостоятельно) и несколько капель концентрированной НNO₃. Нагрели. Что наблюдаем? Желтый осадок. Делаем вывод: жёлтый осадок, значит, присутствует белок.

Биуретовая реакция. (Слайд 23)

В пробирку налить 2 мл раствора белка и 2 мл раствора гидроксида натрия, затем 1 мл раствора медного купороса. Появляется фиолетовое окрашивание.

Лабораторные опыты проводят учащиеся сами по 4 группам:

1 группа - шерсть

2 группа - шёлк + HNO₃ —>? Вывод: жёлтое окрашивание, значит, есть белок.

3 группа - творог концентр.

4 группа. Подожгите несколько шерстяных нитей. Охарактеризуйте запах горящей шерсти

Ответ - запах жженого рога. (Слайд 24)

7. Функции белков. (Слайд 25)

Все живое взаимосвязано процессами питания. Несмотря на различия в строении белков, все организмы для их синтеза используют 20 одинаковых аминокислот, 8 из них не могут синтезироваться организмом человека и должны поступать с пищей — их называют незаменимыми. Большинство аминокислот, участвующих в обмене веществ, входящих в состав белков, могут поступать с пищей или синтезироваться в организме в процессе обмена. Они получили название заменимых аминокислот.

Белки выполняют очень важные функции в жизнедеятельности организмов.

Транспортная функция. (Cлайд 26)

Внутрь клетки должны поступать многочисленные вещества, обеспечивающие ее строительным материалом и энергией. В то же время, все биологические мембраны построены по единому принципу: двойной слой липидов, в который погружены различные белки.

Данная структура непроницаема для таких важных компонентов, как сахара, аминокислот и ионов щелочных металлов. Их проникновение внутрь клетки осуществляется с помощью специальных транспортных белков, вмонтированных в мембрану клеток.

Защитная функция. (Cлайд 27)

Иммунная система обладает способностью отвечать на появление чужеродных частиц выработкой огромного числа лимфоцитов, способных специфически повреждать именно эти частицы, которыми могут быть чужеродные клетки.

Каталитическая (ферментативная) функция. (Cлайд 28)

Многочисленные биохимические реакции в живых организмах протекают при температурах близких к 40 C, и значениях pH, близких к нейтральным. В этих условиях скорости протекания большинства реакций ничтожно малы, поэтому для их приемлемого осуществления необходимы специальные биологические катализаторы – ферменты. Как правило, ферменты – это либо белки, либо комплексы белков с каким-либо ионом металла или специальной органической молекулой. Многие белки ускоряют химические реакции в сотни раз.

Структурная функция. (Cлайд 29)

Они обеспечивают механическую прочность и другие механические свойства отдельных тканей живых организмов. В первую очередь, это коллаген – основной белковый компонент соединительной ткани.

Регуляторная функция. (Cлайд 30)

Железы внутренней секреции выделяют гормоны, которые осуществляют гуморальную регуляцию организма.

Рецепторная функция. (Cлайд 31)

Большое значение, в особенности для функционирования многоклеточных организмов, имеют белки – рецепторы, вмонтированные в плазматическую мембрану клеток и служащие для восприятия и преобразования различных сигналов, поступающих в клетку, как от окружающей среды, так и от других клеток.

Двигательная функция. (Cлайд 32)

Мышечное сокращение является процессом, в ходе которого происходит превращение химической энергии в механическую работу. Непосредственными участниками процесса сокращения являются два белка – актин и миозин.

Энергетическая функция. (Cлайд 33)

Пища главный источник белков - это рыба, мясо, яйца, сыр, творог. Рассчитано, что 1 г белка эквивалентен 17,6 кДж.

8. Превращение белков в организме. (Cлайды 34-36)

Доклад ученика <Приложение 1>

Белки поступают в организм человека и животных с различными пищевыми продуктами, в которых содержание белка колеблется в широких пределах. Посмотрите в таблицу, где

дано содержание белка в некоторых продуктах питания <Приложение 2>

На столах учащихся лежит таблица. Проанализируйте данные из таблицы. Назовите, какие продукты наиболее богаты белками?

Ответ: 1. сыр; 2. горох; 3. мясо; 4. рыба.

А теперь, рассчитайте, пользуясь данными из таблицы можно ли удовлетворить суточную потребность организма в белках, если съесть на завтрак 1 яйцо, 50 г хлеба и 30 г сыра, на обед салат из 50 г капусты и 50 г моркови, 100г мяса, 150 г картофеля и 50 г хлеба, а на ужин 100 г рыбы с 150 г риса?

(Приблизительно норма около 70-120 граммов в сутки человека).

Ответ:7,5+6+3,9+0,8+0,4+18+2,25+3,9+17+12=71,75 г, значит можно удовлетворить суточную потребность организма в белках.

9. Значение белков (слайд 37). Изучение белков важно для выяснения природы заболеваний, наблюдаемых у человека и животных. Отдельные белки находят применение в народном хозяйстве (шерсть, шёлк, кожа, перья, волосы и рога). Выведения новых высоко продуктивных пород животных и сортов растений. Развитие направлений современной биоорганической химии - генной инженерии и биотехнологии.

V. Закрепление материала, изученного на уроке, проводится в форме тестирования.

Тестовая работа с последующей взаимопроверкой, выставлением оценок и сдачей учителю. Выставляется в журнал средний балл в пользу ученика.

Итоговое тестирование. (Слайды 38-41)

1) Белки это:

а) искусственные волокна; в) природные высокомолекулярные соединения;

б) синтетические волокна; г) природные низкомолекулярные соединения.

2) Минимальное содержание белка отмечено в:

а) кишечнике; б) зубах; в) костях; г) мышцах.

3) Молекулярная масса белков колеблется:

а) от нескольких единиц до нескольких десятков;

б) от нескольких десятков до нескольких сотен;

в) от нескольких сотен до нескольких тысяч;

г) от нескольких тысяч до нескольких миллионов.

4) В состав белков НЕ входит:

а) азот; б) стронций; в) фосфор; г) сера.

5) Защитная роль белков в организме выражается в:

а) осуществлении всех жизненных процессов;

б) доставке кислорода из легких в ткани;

в) ускорении многих химических реакций;

г) обезвреживании чужеродных веществ.

6) В результате гидролиза природных белков получается:

а) смесь 20 аминокислот;

б) смесь бета - аминокислот;

в) смесь различных альфа – аминокислот;

г) смесь альфа - и бета – аминокислот.

7) Первичная структура белка отражает:

а) последовательность соединения аминокислотных звеньев в полипептидной цепи;

б) пространственную конфигурацию полипептидной цепи;

в) объем, форму и взаимное расположение участков полипептидной цепи;

г) ассоциацию белковых молекул.

8) Вторичная структура белка поддерживается:

а) ковалентными полярными связями;

б) водородными связями между >C=O и >NH группами;

в) водородными связями и дисульфидными мостиками;

г) ионными связями.

9) Биологическую активность белковой молекулы обуславливает структура:

а) первичная; б) вторичная; в) третичная; г) четверичная.

10) Гидролиз белков в организме человека происходит под влиянием:

а) ферментов; б) температуры тела;

в) температуры окружающей среды;

г) давления крови.

Ответы на тест. (Слайд 42)

Подняли руки у кого “5” - ?, ”4” - ?, ”3” - ?, кто не справился с работой?

Подведём итоги нашего урока. Что мы сегодня узнали о белках? Что для вас было новым и интересным?

Итак, мы познакомились с белками, узнали их состав, строение, свойства, функции и значение для жизни человека. Научились определять белки с помощью цветных реакций. Узнали суточную норму потребления белков, в каких продуктах их содержится больше.

VI. Домашнее задание. (Слайд 43)

Подготовить пересказ по плану конспекта урока с использованием материала учебника по теме "Белки".

На выбор учащимся предложить составить кроссворд по теме “Белки” или сделать сообщение по теме “Проблема синтеза белков”.

1. Каменский А.А., Криксунов Е.А., Пасечник В.В. – Учебник “Общая биология 10-11 классы”. – М.: Дрофа, 2006.
2. Мамонтов С.Г., Захаров В.Б. – “Общая биология”, учебное пособие. – М.: Высшая школа, 1986.
3. Кузнецова Н.Е., Титова И.М., Гара Н.Н., Жегин А.Ю. -Учебник “Химия. 9 класс”. - М.: Вентана-Граф, 2004.
4. Хомченко Г.П. Химия для подготовительных отделений учебник. -М.: Высшая школа, 1993.
5. Габриелян О.С. – Химия. 10 класс. Базовый уровень: учебник для общеобразовательных учреждений. -М.: Дрофа, 2007.