Белки как биополимеры. Химические функции белков. 10-й класс

Цель урока: расширить и углубить знания учащихся о важнейших органических веществах клетки – белках.

Задачи урока:

• Образовательные: обобщить знания учащихся о биологических функциях белков, строении, структуре, познакомить учащихся с химическими функциями белков, раскрыть связь между химическими знаниями и повседневной жизнью человека, проконтролировать степень усвоения основных умений и навыков, изученных и сформированных на предыдущих уроках, а также уроках биологии.
• Воспитательные: продолжить формирование научного мировоззрения, воспитывать культуру речи.
• Развивающие: развивать познавательный интерес к предмету, такие процессы как внимание, логическое мышление, эрудицию; навыки самостоятельной работы с учебником, умение анализировать информацию, устанавливать причинно-следственные связи между составом, строением, функций и применением веществ; применять теоретические знания на практике; навыки составления уравнений реакций образования пептидов из аминокислот; навыки работы с химическими веществами; продолжить развитие химической речи учащихся, таких понятий как полимер, альфа-аминокислота, денатурация, реакция поликонденсации, расширить кругозор учащихся с привлечением дополнительных источников информации, продолжить формировать умения и навыки использования знаний и умений в новых ситуациях.

Тип урока: комбинированный

Оборудование:

• раствор яичного белка, р-ры сульфата меди (II), хлорида цинка, гидрокисида натрия, этиловый спирт, пробирки №1– яичный белок, мясной бульон, молоко, №2 - бульонный кубик, медная проволока, шерстяная нитка, спиртовка, спички; дидактический материал (схема “Химический состав организма”, “Общая формула альфа-аминокислоты”, структурные формулы аланина, серина), карточки-задания, компьютер, телевизор.
• На ученических столах: пробирки с веществами (№1 - яичный белок, мясной бульон, молоко, №2 - бульонный кубик), медная проволока, шерстяная нитка, спиртовка, спички; задания.
• На классной доске: схема “Химический состав организма”, “Общая формула альфа-аминокислоты”, структурные формулы аланина, серина.

Структура урока

I. Организационный момент

II. Изучение нового материала

III. Закрепление

IV. Заключение

V. Домашнее задание

I. Организационный момент (1 мин)

Приветствие учителя. Проверка готовности класса к уроку. Психологический настрой класса. Отмечание отсутствующих.

1. Подведение к теме урока.

Вступительное слово учителя с элементами беседы. Заполнение схемы на доске.

Организм состоит из множества веществ. Давайте их классифицируем. Перед вами список различных веществ: вода, белки, углеводы, минеральные соли, жиры, нуклеиновые кислоты. Разделите их на группы и дайте названия группам.

Заполнение схемы. (ученик у доски)

Откройте учебник параграф 27 стр.227 рис. 36, на котором показан химический состав организма человека. Какого вещества в организме больше? (воды – 65%).

Из органических веществ, образующих организм, каких веществ больше? (белков)

Итак, основой живого организма является белки. Сегодня на уроке мы рассмотрим белки, их состав и строение, познакомимся с химическими функциями белков. Для этого нам понадобятся знания из курса биологии, а также ваш жизненный опыт.

Тема нашего урока: “Белки как биополимеры. Химические функции белков”. (Слайд 1, Запись даты и темы урока в тетради)

2. Биологические функции белков.

Беседа, выполнение задания в тетради.

Вспомним биологические функции белков. Выполните письменно следующее задание. Возьмите лист с заданиями. (Приложение 1)

Задание №1. (слайд 2)

Перечислены белки и их функции. Сопоставьте функцию с белком с помощью стрелок. На выполнение задание 1 минута. Будьте внимательны при выполнении задания.

• Ферменты – ... (каталитическая)
• Миозин – ... (двигательная)
• Гемоглобин – ... (транспортная)
• Коллаген, кератин – ... (структурная)
• Инсулин - ... (регуляторная)
• Альбумин -... (Запасающая)
• Тромбин - ... (защитная)
• Гликоген - ...----------------

Гликоген лишнее вещество в данном перечне, так как не является белком. Это углевод.

А сейчас вам вопрос от учителя биологии Ирины Аркадьевны (Слайд 3):

В науке известен следующий факт: влюблённый студент-химик решил оригинальным способом воспользоваться информацией о том, что в нашем организме есть железо. Он решил из железа, которое содержится в его крови сделать кольцо для дамы сердца. Небольшими порциями он выпускал кровь, химическим путём выделял железо. Но такой романтический способ добычи металла закончился трагически: он умер от малокровия. Ведь он не знал, что в нашей крови железа содержится примерно от 3 до 4 грамм. В состав какого белка входит железо, и какое значение он имеет для организма? (железо входит в состав белка-гемоглобина, который участвует в переносе кислорода).

Посмотрите, насколько разнообразны функции белков. С белками связаны все жизненные процессы. Благодаря белкам организм приобрёл возможность двигаться, усваивать пищу, расти, размножаться, реагировать на внешние воздействия.

Итак, мы вспомнили некоторые биологические функции белков. Переходим к следующему вопросу: белок как химическое вещество.

3. Состав и строение белков.

Беседа с элементами объяснения, выполнение упражнений.

Рассмотрим состав и строение белков.

Составьте определение белков из предложенных слов (Слайд 4):

Белок, альфа - аминокислота, биополимер, мономер. (Белок- это биополимер, мономером которого является альфа - аминокислота).

- Какие химические элементы входят в состав белков? (Углерод, водород, кислород, азот, а также сера, фосфор и другие).

Составьте на доске формулу альфа – аминокислоты из предложенных частей:

С, NH₂, H, COOH, R.

(R – CHNH₂ –COOH) (ученик у доски)

- Какие функциональные группы входят в состав аминокислоты? (аминогруппа, карбоксильная группа)

- Какими свойствами обладает аминокислота? (амфотерными)

- Почему аминокислота – амфотерное соединение? (аминогруппа определяет основные свойства, карбоксогруппа – кислотные свойства)

- Сколькими аминокислотами образованы белки? (20)

- В результате какой реакции образуются белки? (поликонденсации)

- Что собой представляет реакция поликонденсации? (это реакция, в результате которой образуется полимер, с отщеплением побочного продукта)

Выполним следующее задание на доске и в тетради:

Задание№2 (ученик у доски):

Составить уравнение реакции образования дипептида из глицина, серина. Указать в нём пептидные связи.

Образующийся участок представляет собой дипептидный участок белка-инсулина. Полимерные цепи белков состоят из десятков тысяч, миллионов и более остатков аминокислот. Перед вами формулы некоторых белков (Слайд 5):

• С₂₅₄Н₃₇₇О₇₅N₆₅S₆ инсулин
• С₃₀₃₂Н₄₈₇₆О₈₇₂N₇₈₀S₆Fe₄ – гемоглобин
• С₁₈₆₄Н₃₀₂₁О₅₇₆N₄₆₈S₂₁ - лактоглобулин (белок молока)

Как вы думаете, какова молекулярная масса белков? (Очень большая). Например, молекулярная масса инсулина – M_r 5727, гемоглобина 66184, лактоглобулина (белка молока) – 39112.

Белковая цепь настолько длинная, что для лучшего выполнения функций она упаковывается в структуры.

Рассмотрим структуры белков.

- Какие структуры белков вы знаете? (первичную, вторичную, третичную, четвертичную)

Смоделируем структуры белка из проволоки, которая лежит у вас на столе. Возьмите её.

- С какой структурой белка её можно сравнить? (первичной)

- Что представляет собой первичная структура белка? (чередование аминокислот в полипептидной цепи)

Намотайте проволоку на ручку. С какой структурой белка можно сравнить получившуюся спираль? (вторичной)

- Что изменилось в молекуле? (уменьшился размер, форма стала другой)

Из данной спирали сделайте комок. Какая структура белка получилась? (третичная)

- Что представляет собой третичная структура? (глобулу)

- Повернитесь друг к другу, объедините две глобулы? Эта какая структура белка? (четвертичная)

Выполняем следующее задание из карточки.

Задание №3. (Приложение 1)

На карточке представлены рисунки структур белка. Снизу под цифрами перечислены типы связей, определяющих структуры. Определите структуру белка и тип связей. Подпишите нужную цифру под рисунком.

Проверим правильность выполнения задания. (Слайд 6)

- Какая структура самая прочная? (первичная)

4. Химические свойства белков.

Объяснение учителя с элементами беседы. Выполнение демонстрационных и лабораторных опытов. Запись на доске и в тетради

Начнём изучение свойств белков, связанных с их структурой. Внимание на экран: вопрос от учителя технологии Татьяны Леонидовны (Слайд 7):

Любая хозяйка знает, если нужно сварить вкусный бульон для 1 блюда, мясо кладётся в холодную воду, а когда вкусное мясо для 2 блюда - в горячее. Есть ли в этом химический смысл?

- О каком свойстве белков идёт речь? (о денатурации)

1) Денатурация (под действием нагревания, химических веществ и т.д.)

- Что такое денатурация? (процесс утраты белковой молекулой своей структуры при изменении внешних факторов).

а) повышение температуры

Что вызывает денатурацию при варке мяса? (нагревание, повышение температуры)

Итак, мы рассмотрели состав и строение белков. Переходим к следующему вопросу.

Ответим на вопрос Татьяны Леонидовны.

- Почему для вкусного бульона мясо кладётся в холодную воду, для вкусного мяса – в горячую? (Если мясо положить в холодную воду, растворимые белки переходят в воду и там денатурируются. Бульон получается вкусным. Если мясо положить в горячую воду, белки денатурируются сразу в мясе, поэтому мясо получается вкусным)

– Какие факторы, кроме температуры, вызывают денатурацию? (изменение температуры, облучением, действием тяжёлых металлов, кислот, органических веществ, обезвоживанием и другими воздействиями)

б) действие солей тяжёлых металлов (дем.опыт)

Беру раствор яичного белка. Добавляю в один стакан хлорид цинка, во второй сульфат меди (II).

- Что наблюдаем при этом? (свёртывание белков)

Белки связывают ионы тяжёлых металлов и обезвреживают их. При отравлении тяжёлыми металлами пострадавшему дают молоко как противоядие.

в) действие органических веществ (дем.опыт)

К раствору яичного белка добавляю этиловый спирт. Наблюдаем осаждение белков.

- Какие структуры белка разрушаются при денатурации? (вторичная, третичная, четвертичная с сохранением первичной). Утрачивается биологическая активность. Белок становится доступен действию пищеварительных ферментов.

- Какая бывает денатурация? (обратимая и необратимая). Данная денатурация необратимая. Может ли структура белка восстановиться? Обратим ли процесс денатурации? (Да). Ренатурация – процесс восстановления структуры белка.

Следующие химические свойства помогают определить белки в растворах.

2) Цветные реакции

а) биуретовая (на пептидную связь)

Это универсальная реакция определения белков. Посмотрим видеоопыт. (Слайд 8)

Заполняем схему в тетради.

Белок + ______________ = ____________ окрашивание

Белок + (щелочь+ CuSO₄) = фиолетовое окрашивание

Проведём экспертизу неизвестных веществ в пробирках с помощью биуретовой реакции. Приступайте к выполнению лабораторного опыта по инструкции. (Слайд 9)

В какой пробирке находится белок? Посмотрите, какие вещества находились у вас в пробирках (Слайд 10):

1 ряд

• Пробирка №1 – молоко
• Пробирка №2 – бульонный кубик

2 ряд

• Пробирка №1 – мясной бульон
• Пробирка №2 – бульонный кубик

3 ряд

• Пробирка №1 - яичный белок
• Пробирка №2 – бульонный кубик

Я выбрала бульонный кубик для определения белков. Бульонный кубик белки содержит? (Нет). А в его составе указаны растительные жиры и мясо курицы.

б) ксантопротеиновая (на ароматические кольца) (видеофрагмент, Слайд 11)

Заполняем схему в тетради:

Белок +__________= ___________окрашивание

белок + конц. HNO₃ = жёлтое окрашивание

При неосторожном обращении с азотной кислотой от попадания её на кожу остаётся жёлтое пятно. Это ксантопротеиновая реакция с покровными тканями.

Эти качественные реакции можно применить в жизни. А когда и где вам подскажет небольшой видеофрагмент из фильма Аллы Суриковой “Ищите женщину” (Слайд 12).

В каких случаях и с какой целью можно применить их в жизни? (В пищевой промышленности, судебной медицине для обнаружения белков)

Биуретовая и ксантопротеиновая реакции - это качественные реакции, реакции, которые позволяют уверенно судить – белок перед нами или нет.

3) Гидролиз

- Какой процесс называют гидролизом белков? Вставьте пропущенные слова. (Слайд 13)

Гидролиз – это разрушение ... структуры белка под воздействием ..., а также водных растворов кислот или щелочей. (первичной, ферментов)

- Какие продукты образуются при гидролизе белков? (аминокислоты)

Как можно изменить уравнение реакции образования пептида, чтобы превратить её в реакцию гидролиза? (Написать её наоборот)

Чтобы составить уравнение реакции гидролиза дипептида глицилаланина добавить воду. Идёт разрыв пептидной связи. Атом водорода присоединяется к остатку от аминогруппы, гидроксогруппа к остатку от карбоксильной группы.

Общая схема гидролиза белков есть у вас в учебнике.

Гидролиз – это основа пищеварения.

Запах: ... .

Как проверить, что изделие из шерсти? (Шерсть – это белок, надо сжечь кусочек нити и по запаху определить результат)

Приступайте к выполнению лабораторного опыта по инструкции. (Слайд 14)

Мы рассмотрели основные химические функции белков.

III. Закрепление (3 мин.)

Фронтальный опрос.

Задания:

Перед вами на слайде представлены группы слов. Обобщите несколько слов 1 словом или термином. (Слайд 15-23)

А) третичная, вторичная, первичная, четвертичная - ? (структуры)

Б) 20, незаменимая – ? (аминокислота)

В) белки, жиры, углеводы -? (органические вещества)

Г) температура, обратимая, необратимая -? (денатурация)

Д) пепсин, амилаза, трипсин – ? (ферменты)

Е) Cu(OH)₂, фиолетовое окрашивание - ? (биуретовая реакция)

IV. Заключение (1 мин.)

Заключительное слово учителя.

Сегодня мы познакомились с химией белка. Ни одно вещество химики не изучали так долго, как белки, прежде чем удалось разгадать тайну их строения. Они выполняют большую роль не только в организме человека, но и в жизни. Не случайно в переводе с греческого языка белки называют протеинами, что значит “первый, главный”.

V. Домашнее задание (1 мин.)

Параграф 27

Приготовить сообщения на темы:

А) применение цветных реакций

Б) история изучения белков

В) факторы, вызывающие денатурацию.

Литература

1. Артёменко А.И. Удивительный мир органической химии. - М.: Дрофа, 2004.

2. Горковенко М.Ю Поурочные разработки по химии к учебным комплектам О.С.Габриеляна и др. 10 класс. М. “ВАКО”, 2005.

3. Рябов М.А. Сборник заданий и упражнений по химии: 10-й кл.: к учебнику О.С.Габриеляна и др. “Химия. 10 класс”. – М.:Экзамен, 2008.

4. Химия 10 класс. Учеб. для общеобразоват. учреждений/ О.С.Габриелян, Ф.Н.Маскаев, С.Ю.Пономарёв, В.И.Теренин. – М.:Дрофа, 2010.