Практическая работа "Химический состав клетки"

Цели урока:

• Закрепить знания об органических и неорганических веществах, входящих в состав клеток и тканей организма, полученные в ходе изучения курса биологии и химии.
• Развивать у учащихся умения анализировать, сравнивать, делать обобщения и выводы.
• Развивать навыки проведения химического эксперимента.

Тип занятия: практическая работа.

Практическая работа рассчитана на 2 спаренных урока по 45 минут.

Оборудование:

1. Персональный компьютер (или ноутбук) для преподавателя

2. Мультимедийный проектор

3. Экран

4. Пробирки

5. Спиртовки

6. Держатели для пробирок

7. Стаканы химические

8. Шпатели

Реактивы:

1. Пероксид водорода – 3% H₂O₂

2. Фосфат кальция Ca₃(PO₄)₂

3. Разбавленная серная кислота – 2н H₂SO₄

4. Соляная кислота – 2н HCl

5. Крахмальный клейстер

6. Спиртовая настойка йода 5%

7. Гидрофосфат натрия – 2н Na₂HPO₄

8. Хлорид аммония – 0,5н NH₄Cl

9. Гидроксид аммония – 10% NH₄OH

10. Хлорид магния – 0,5н MgCl₂

Биологический материал (исследуемые образцы растительного и животного происхождения):

1. Сырой картофель

2. Вареный картофель

3. Сырое мясо

4. Вареное мясо

5. Скорлупа куриного яйца

Ход урока

1. Организационная часть.

Преподаватель объявляет тему занятия, раскрывает ее связь с другими темами курса.

2. Контроль исходного уровня знаний.

Проводится в виде фронтального опроса, сопровождаемого мультимедийной презентацией:

- Какие макроэлементы входят в состав клетки?

- Какие макроэлементы являются главными компонентами всех органических соединений? Какой процент они составляют от массы клетки?

- В состав каких органических молекул входят сера и фосфор?

- Какие функции выполняют в клетке ионы калия, натрия и хлора?

- Какую роль в организме играет кальций?

- Какова роль железа в организме?

- Какую функцию в организме выполняет гемоглобин?

- Почему угарный газ в отличие от углекислого вызывает отравление организма?

- Какова роль магния в клетках животных?

- Какие вещества называются ферментами? Какое строение имеют ферменты?

- Какую роль магний играет в клетках растений?

- Что такое хлорофилл? В каких органоидах он содержится? В каких процессах обмена веществ участвует?

- Какие элементы относятся к микроэлементам? Какую роль они играют в организме?

- Какие вещества называются гормонами?

- Какое неорганическое вещество содержится в клетке в наибольшем количестве?

- В каких органах и тканях содержание воды наименьшее, а в каких наибольшее?

- Какую роль вода играет в клетке и живом организме в целом?

- Какой процесс называется гидролизом?

- Какие вещества пищи при попадании в организм подвергаются гидролизу?

- В каком состоянии в клетке могут находиться соли?

- Какой процесс называется диссоциацией? Какие вещества подвергаются диссоциации?

- Распределите приведенные вещества по классам: CO, Na₂HPO₄, HCl, KHCO₃, CO₂, NaH₂PO₄, CaCl₂, CH₃COOH, NH₄OH.

- Какие ионы образуются в клетке при диссоциации солей NaCl, CaCl₂, KHСO₃? К какому классу относится последняя соль? Назовите ее.

- Как применяются в медицине NaCl и CaCl₂?

- Приведите примеры нерастворимых солей, входящих в состав клетки.

- Какова реакция среды в клетке? Какие ионы поддерживают постоянную слабощелочную реакцию среды в клетке?

- Какая реакция среды в желудке? Какое вещество ее создает? Для чего?

- Какой рН желудочного сока? При каких значениях рН функционирует пепсин желудочного сока?

Далее учащимся предлагается устно выполнить несколько заданий, текст которых высвечивается на слайдах мультимедийной презентации:

1. Установите соответствие:

Биологический полимер	Мономер
а). Крахмал б). Белок в). ДНК г). Клетчатка д). РНК	1. Аминокислота 2. Глюкоза 3. Глицерин 4. Нуклеотид 5. Фруктоза

Ответы: А – 2, Б – 1, В – 4, Г – 2, Д – 4

2. Установите соответствие:

Функция белка	Вещество
а). Регуляторная б). Каталитическая в). Сигнальная г). Транспортная д). Защитная	1. Антитело 2. Каналообразующий белок 3. Фермент 4. Гормон 5. Рецептор

Ответы: А – 4, Б – 3, В – 5, Г – 2, Д – 1

3. Вставьте пропущенные слова:

Жиры – это ... вещества клетки, представляющие собой сложные эфиры ... и ... Жиры относятся к группе ... По агрегатному состоянию растительные жиры обычно ..., а животные - ..., однако встречаются исключения, например, ... имеет животное происхождение, но по агрегатному состоянию ... В организме жиры выполняют множество функций. Например, ... - жиры входят в состав биологических мембран. Кроме того, жиры препятствуют потере тепла организмом вследствие своей низкой ... Верблюдам запас жира позволяет долгое время обходиться без жидкости, так как при ... жиров выделяется большое количество воды. Утки смазывают свое оперение секретом, содержащим жиры, в результате их перья приобретают ... свойства. В семенах подсолнечника большое количество жиров служит в качестве ... для развития зародыша.

Ответы: органические; глицерина; высших жирных карбоновых кислот; липидов; жидкие; твердые; рыбий жир; жидкий; строительную; теплопроводности; окислении; водоотталкивающие; запаса питательных веществ.

4. В приведенном перечне веществ и понятий укажите лишнее:

а). Пепсин, амилаза, мальтоза, липаза.

- Мальтоза, так как это углевод, а все остальные вещества – белки.

б). Вазопрессин, инсулин, глюкагон, тестостерон.

- Тестостерон, так как это гормон, имеющий липидную природу, а все остальные вещества – гормоны белковой природы.

в). Лактоза, гликоген, мальтоза, сахароза.

- Гликоген, так как это – полисахарид, а все остальные углеводы – дисахариды.

г). Миоглобин, тромбин, гемоглобин, натрий-калиевый насос.

- Тромбин, так как он выполняет защитную функцию, а остальные белки транспортную.

д). Фруктоза, рибоза, глюкоза, галактоза.

- Рибоза, так как это пентоза, а все остальные углеводы – гексозы.

е). РНК, АКТГ, ДНК, АТФ.

- АКТГ, так как остальные вещества имеют нуклеотидную природу, а АКТГ – белок.

ж). Кератин, коллаген, эластин, иммуноглобулин.

Другое объяснение: так как иммуноглобулин – это глобулярный белок, а остальные вещества – фибриллярные белки.

з). Фенилкетонурия, галактоземия, болезнь Тея-Сакса, синдром Дауна.

- Синдром Дауна, так как это заболевание вызвано хромосомной мутацией, а все остальные заболевания являются нарушениями обмена веществ.

и). Аденин, урацил, цитозин, тимин.

Другое вариант: тимин, так как это азотистое основание не входит в состав РНК.

5. Назовите химические вещества, входящие в состав клеточной мембраны, обозначенные на рисунке цифрами, и поясните их функцию.

3 – углеводы (обеспечивают узнавание клетки клеткой).

3. Выполнение практической работы.

Учащиеся выполняют работу парами в соответствии с методическими указаниями и заносят результаты в практическую тетрадь. Перед началом работы преподаватель проводит инструктаж по технике безопасности.

Опыт 1. Химические свойства карбоната кальция и его значение для живых организмов.

а). В пробирку поместите 1г скорлупы куриного яйца, добавьте 3 мл соляной кислоты. Запишите наблюдения, составьте уравнение химической реакции.

Основу скорлупы куриных яиц составляет карбонат натрия. При взаимодействии его с кислотой происходит растворение соли и выделение газа:

CaCO₃ + 2HCl —> CaCl₂ + CO₂ + H₂O

б). Демонстрационный опыт: поместите сырое куриное яйцо в раствор соляной кислоты на 30 минут. Какие изменения наблюдаете? Сделайте вывод о составе оболочки яйцеклетки курицы и влиянии неорганических солей на ее свойства.

Под действием соляной кислоты оболочка яйцеклетки курицы становится мягкой. Так как основу скорлупы куриного яйца составляет карбонат кальция, можно сделать вывод, что именно он обуславливает твердость скорлупы и обеспечивает ее защитную функцию для клетки.

Опыт 2. Химические свойства фосфата кальция и его значение для живых организмов.

а). В пробирку поместите 0,1г фосфата кальция, добавьте 2 мл серной кислоты. Запишите наблюдения, составьте уравнение химической реакции.

Фосфат кальция составляет основу костной ткани. В результате реакции происходит растворение фосфата кальция в кислоте:

Ca₃(PO₄)₂ + 3H₂SO₄ —> 3CaSO₄ + 2H₃PO₄

б). Демонстрационный опыт: поместите куриную кость в раствор соляной кислоты на 6 - 8 часов. Какие изменения наблюдаете? Сделайте вывод о составе костной ткани и влиянии неорганических солей на свойства костей. (Опыт закладывается заранее, учащимся на занятии только демонстрируются полученные результаты).

В состав костей входят неорганические и органические вещества. Неорганические вещества костей представлены в первую очередь нерастворимыми солями (Ca₃(PO₄)₂ и CaCO₃). Карбонат кальция придает костям прочность. Органические вещества придают костной ткани эластичность. Под действием соляной кислоты происходит растворение карбоната кальция, в результате чего костная ткань теряет твердость и кость становится гибкой.

Опыт 3. Качественная реакция на фосфат-ион.

В пробирку налейте 2 капли раствора гидрофосфата натрия, добавьте 2 капли раствора хлорида аммония и 2 капли раствора гидроксида аммония, а затем 2 капли раствора хлорида магния. Запишите наблюдения, составьте уравнение химической реакции.

Опыт 4. Взаимодействие пероксида водорода с белками клетки.

В четыре пробирки поместите соответственно сырой и вареный картофель, сырое и вареное мясо. В каждую пробирку добавьте по 3 мл пероксида водорода. Какие изменения наблюдаете? Сделайте вывод о влиянии термической обработки на структуру и функции белка каталазы.

По своей химической природе все ферменты являются белками. При термической обработке происходит денатурация белков, вследствие чего каталаза теряет свои свойства и разложение пероксида водорода в клетках вареного картофеля и мяса не идет.

Опыт 5. Качественная реакция на крахмал. Обнаружение крахмала в клетках картофеля.

а). В пробирку налейте 1 мл крахмала и добавьте 1 каплю йода. Запишите наблюдения, составьте схему химической реакции. Затем нагрейте пробирку. Какие изменения наблюдаете? Сохраняются ли эти изменения после охлаждения пробирки. Сделайте вывод о влиянии нагревания на смещение равновесия в реакции крахмала с йодом.

При нагревании пробирки происходит исчезновение окраски, а при охлаждении вновь ее появление, что указывает на обратимость реакции взаимодействия крахмала с йодом.

б). Возьмите ломтик сырого картофеля и капните на него 1 каплю йода. Какие изменения наблюдаете? Сделайте вывод о химическом составе клеток картофеля.

Под действием йода происходит появление сине-фиолетового окрашивания, что указывает на содержание в клетках клубня картофеля крахмала, который запасается там в виде крахмальных зерен.

4. Рефлексия.

Преподаватель в процессе беседы выясняет, какие у учащихся были трудности в ходе выполнения практической работы, предлагает им оценить эффективность своей работы на занятии и достигнутые результаты.

5. Закрепление.

Проводится в форме ситуационных задач.

1. Известно, что кислотные дожди оказывают негативное воздействие на растения и животных, вызывая повреждения их тканей. Предположите, с чем связано негативное действие кислотных дождей на яйца птиц. Составьте уравнения соответствующих реакций, принимая во внимание, что кислотные дожди вызываются наличием в атмосфере оксида серы (IV) и оксида азота (IV).

Таким образом, после воздействия кислотных дождей скорлупа яйца размягчается и не обеспечивает больше надлежащей защиты развивающемуся зародышу.

2. Известно, что тяжелые металлы вызывают нарушения в работе нервной системы, печени, почек и других органов. Объясните с точки зрения химического состава клетки, в чем состоит негативное воздействие на нее тяжелых металлов.

Тяжелые металлы вызывают необратимое осаждение белков, в результате чего белки перестают выполнять свои функции в клетке.

3. Основу препаратов “Мезим”, “Креон”, “Панзинорм” составляет панкреатин, представляющий собой экстракт содержимого поджелудочной железы. В состав панкреатина входят липаза, амилаза, трипсин, химотрипсин. Предположите, какое действие будет оказывать на организм данный препарат.

Препараты “Мезим”, “Креон”, “Панзинорм” нормализуют процессы пищеварения, так как в их состав входят ферменты, расщепляющие органические вещества пищи.

4. Для лечения повышенного артериального давления применяются препараты, относящиеся к фармакологической группе “блокаторы медленных кальциевых каналов”. Яркими представителями данной группы являются: “Кордафлекс”, “Кальцигард”, “Амлодипин”. Предположите, на чем основано действие препаратов данной группы на организм.

Препараты данной фармакологической группы уменьшают поступление ионов кальция в клетку. Ионы кальция влияют на сокращение гладкой и поперечнополосатой мускулатуры, в том числе сердечной мышцы, и как следствие, на артериальное давление.

5. Для уменьшения кислотности желудочного сока при гастрите и язвенной болезни желудка применяются препараты антацидной фармакологической группы, например, “Альмагель”, “Маалокс”, “Гастал”. В состав этих препаратов входят гидроксиды алюминия и магния, а также карбонат магния. Объясните, на чем основано действие этих препаратов на организм, составьте уравнения соответствующих реакций.

6. Подведение итогов.

Преподаватель выставляет оценки за занятие, комментирует полученные результаты. Учащиеся сдают тетради с оформленными результатами работы.

7. Домашнее задание.