Урок на тему «Белки — природные биополимеры»

Методическая информация

Тип занятия

Интегрированный (биология + химия)

проблемно-исследовательский мультимедиа урок

Цель:

Формировать у обучающихся представление о свойствах и функциях белков в клетке и организме

Задачи:

Обучающие:

дать понятие о белках – природных биополимерах, их многообразных функциях, химических свойствах белков;

формировать знания об уникальных особенностях строения белков;

углубить знания о взаимосвязи строения и функции веществ на примере белков;

учить обучающихся, использованию знаний смежных предметов для получения более полной картины мира.

Развивающие:

развитие познавательного интереса, установление межпредметных связей;

совершенствовать умения анализировать, сравнивать, устанавливать взаимосвязь между строением и свойствами.

Воспитательные:

показать материальное единство органического мира;

формирование научного мировоззрения;

Методы:

Метод проблемного изложения, частично-поисковый, эвристический, исследовательский

Функция преподавателя:

Управляющий поисковой работой обучающихся, консультант

Знания, умения, навыки и компетенции, которые обучающиеся актуализируют, приобретут, закрепят в ходе занятия:

Формируются такие мыслительные операции, как: сравнение свойств белка, классификация структур белковой молекулы, сравнительный анализ функций белка.

Основные понятия: Аминокислоты, пептидная связь, полипептид, структура белка, функции белка, свойства белка, денатурация.

Основные навыки:

Работа с химическим оборудованием, работа по выявлению активности каталазы

Необходимое оборудование и материалы:

Компьютер, презентация по теме урока.

Эксперимент: пробирки, штативы, спиртовка, держатель.

Реактивы и материалы: р-р Белка куриного яйца, азотная кислота, р-р сульфата меди(II), щелочь, раствор 3% перекиси водорода, сырой и вареный картофель или мясо.

Ведущий тип деятельности:

Продуктивный, творческий, проблемный

Технологическая карта занятия

Мотивация:

Как изучение этой темы может вам помочь в вашей будущей профессии?

Ход занятия:

Организационный момент

“Белки, жиры и углеводы,
Пройдут века, эпохи годы,
К вам мы прикованы на век,
Без вас немыслим человек”

Актуализация знаний

А знаете ли Вы: 
1.Белок никогда не переходит в жир - совет врача диетолога. 
2. Образование морщин связано с уменьшением натурального белка коллагена и впрыскиванием его в верхний слой кожи коллаген возмещается. Почти все мелкие и крупные морщины можно корректировать этой терапией - совет врача косметолога . 
3. Современное название белков- ферментов (энзимы). 
4. Выработка иммунитета - это важная защитная функция белка. Диета снижает иммунитет. 
5. Изучение белков позволило ответить на вопросы, почему одни люди высокого роста, а другие низкого, одни полные, другие худые, одни медлительные, другие проворные, одни сильные, другие слабые. 
6.Все белки в организме человека постоянно разрушаются и синтезируются. Период полураспада белков в теле человека 80 дней, в мышцах, коже, мозгу ― 180 дней, в сыворотке крови и печени ― 10 дней, у ряда гормонов он исчисляется часами и даже минутами (инсулин). 
7. Каждый вид обладает собственными видами белков. Если бы в белке не было бы заложено этого качества, то не было бы такого разнообразия жизненных форм, к которым относимся и мы. 

8. Как появилась жизнь на Земле? Что лежит в основе жизни?

Вот сегодня мы об этом и будем вести речь.

План занятия:

Определение.

Функции белков.

Состав и строение белков.

Структура белков.

Химические свойства белков.

6. Превращение белков в организме.

Проблемный вопрос?

Как строение белка может быть связано с его свойствами и функциями?

Гипотеза:

Примеры белков

История открытия:

Состав белков

Определение

- Понять, каким образом белки осуществляют перечисленные выше многообразные функции, непросто. Единственный способ приблизиться к решению этой задачи – узнать, из чего построен белок, как расположены структурные элементы, составляющие его молекулу, по отношению друг к другу и в пространстве, как они взаимодействуют друг с другом и веществами внешней среды, т.е. изучить строение и свойства белков.

Раскрыть причинно- следственную зависимость:

функции – строение.

белки – полимеры,

мономеры - аминокислоты

- Назовите известные вам белки, укажите их местонахождение?  
(кератин - рога, шерсть, коллаген – кожа, гемоглобин - кровь 
фибрин, фибриноген – кровь, пепсин - желудочный сок,
трипсин - поджелудочный сок, миозин – мышцы, 

глобулин – вакцина, родопсин - зрительный пурпур, 
птиалин – слюна, инсулин - поджелудочная железа, 
казеин –молоко, альбумин – яичный белок)

В середине 19 века положено начало изучения белков, но только через 100 лет учёные систематизировали белки, определи их состав, а также сделали вывод, что белки - это главный компонент живых организмов.

А.Я. Данилевский - наличие в белке пептидной связи

Э.Фишер - синтезировал соединения белка

Химический состав белка может быть представлен следующими данными: С -55%,  О – 24%,  Н – 7,3%, N – 19%,  S -2,4%.

На долю белков приходится более 50% общей массы органических соединений животной клетки: в мышцах – 80%, в коже – 63%, в печени – 57%, в мозге – 45%, в костях -28%

Химические формулы некоторых белков: 

Пенициллин С16Н18О4N2

Казеин С1864Н3021О576N468 S2

Гемоглобин С3032Н4816 О872N780S8Fе4

- Давайте дадим определение термину БЕЛОК

БЕЛКИ – биополимеры нерегулярного строения, мономерами которого являются 20 аминокислот разных типов. В химический состав аминокислот входят: С, О, Н, N, S. Белковые молекулы могут образовывать четыре простраственные структуры и выполняют в клетке и организме целый ряд функций: строительную, каталитическую, регуляторную, двигательную, транспортную

Функции белков

- Белки – основа живого на Земле, входят в состав кожи, мышечной и нервной ткани, волос, сухожилий, стенок сосудов животных и человека; это строительный материал клетки. Роль белков трудно переоценить, т.о. жизнь на нашей планете действительно можно рассматривать как способ существования белковых тел, осуществляющих обменом веществ и энергией с внешней средой.

Поскольку белок содержит разнообразные функциональные группы, он не может быть отнесен к какому-нибудь из ранее изученных классов соединений. В нем как в фокусе сочетаются признаки соединений, относящихся к различным классам. Отсюда его многообразие. Это в сочетании с особенностями его структуры и характеризует белок как высшую форму развития вещества.

Структура белка

Составить конспект и ответить в процессе беседы на вопросы:

- Остатки каких аминокислот входят в состав молекул белка? (см.прил.)

- За счёт каких функциональных групп аминокислот происходит соединение их друг с другом?

- Что понимают под «первичной» структурой белка?

- Что представляет собой «вторичная» структура белка? Какие связи её удерживают?

- Что такое «третичная» структура? За счет, каких связей она образуется?

- В чем особенность четвертичной структуры?

- Что собой представляет первичная структура белка?

(В виде линейной последовательности аминокислот)

-Что собой представляет первичная структура белка? Какие связи стабилизируют вторичную структуру? ( Пространственная конфигурация белковой молекулы свернутые в виде спирали. В формировании спиральной конфигурации полипептидной цепи играют роль водородные связи между –С=О и –N–H группами..)

- Что собой представляет третичная структура белка? (Это конфигурация в виде закрученной в спираль полипептидной цепи. Она поддерживается взаимодействием разных функциональных групп полипептидной цепи. Так, между атомами серы образуется дисульфидный мостик, между карбоксильной и гидроксильной группами имеется сложноэфирный мостик, а между карбоксильной и аминогруппами может возникнуть солевой мостик. Для этой структуры характерны и водородные связи).

- Что собой представляет четвертичная структура белка? (Некоторые белковые макромолекулы могут соединяться друг с другом и образовывать относительно крупные агрегаты- макромолекулы белка).

Какие химические свойства будут характерны для белков? (Амфотерность связана с наличием в молекуле белка катионообразующих групп – аминогрупп и анионообразующих – карбоксильных группу. Знак заряда молекулы зависит от количества свободных групп. Если преобладают карбоксильные группы, то заряд молекулы – отрицательный (проявляются свойства слабой кислоты), если аминогруппы – то положительный (основные свойства)).

Химические свойства белков

Для белков характерны реакции, в результате которых выпадает осадок. Но в одних случаях полученный осадок при избытке воды растворяется, а в других – происходит необратимое свертывание белков, т.е. денатурация.

Происходит изменение вторичной, третичной и четвертичной структур белковой макромолекулы под влиянием внешних факторов: температура, действия химических реагентов, механического воздействия.

При денатурации изменяются физические свойства белка, снижается растворимость, теряется биологическая активность

К чему может привести денатурация?

- нарушение антигенной чувствительности белка;

- блокирование ряда иммунологических реакций;

- нарушение обмена веществ;

- воспаление слизистой оболочки ряда органов пищеварения (гастриты, колит);

- камнеобразование (камни имеют белковую основу).

Также для белков характерны:

Свертывание белков при нагревании

Осаждение белков солями тяжелых металлов и спиртом

Белки горят с образованием азота, углекислого газа и воды, а также некоторых других веществ. Горение сопровождается характерным запахом жженых перьев.

Белки подвергаются гниению (под действием гнилостных бактерий), при этом образуются метан (CH4), сероводород (H2S), аммиак (NH3), вода и другие низкомолекулярные продукты.

Амфотерность

Строение АК в общем виде:

NH2-CH- COOH, где R – углеводородный радикал.

R

СООН – карбоксильная группа / кислотные свойства/.

NН2 – аминогруппа / основные свойства/.

Процесс восстановления структуры белка называется ренатурацией

Превращения белков в организме.

Белки пищи → полипептиды → α-аминокислоты → белки организма

↓

CO2+NH3+H2O+Q

Как ведет себя белок по отношению к воде?

Гидролиз

Гидролиз белка - разрушение первичной структуры белка под действием кислот, щелочей или ферментов, приводящее к образованию α- аминокислот, из которых он был составлен.

Белки – Альбумозы – Дипептиды – Аминокислоты

Качественные, цветные реакции на белок

Ксантопротеиновая реакция - реакция на ароматические циклы.

Белок + HNO3(к) → белый осадок → желтая окраска → оранжевая окраска + NH3

- Как с помощью ксантопротеиновой реакции можно отличить натуральные шерстяные нитки от искусственных?

Биуретовая реакция – реакция на пептидные связи.

Белок + Cu(OH)2 → фиолетовая окраска раствора

- Можно ли с помощью химии решить проблему дефицита белковой пищи?

Должна медленно появиться розово-фиолетовая или пурпурная окраска. Это реакция на пептидные связи в соединениях. В присутствии разбавленного раствора Си в щелочной среде атомы азота пептидной цепи образуют окрашенный в пурпурный цвет комплекс с ионами меди (II). Биурет (производное мочевины) тоже содержит группу CONH - и поэтому дает эту реакцию.

Функции белка

Домашняя работа

- Один стакан цельного молока содержит 288 мг кальция. Сколько нужно выпивать в день молока для снабжения вашего организма достаточным количеством этого элемента? Суточная потребность 800 мг Са.

(Ответ. Для удовлетворения суточной потребности в кальции взрослый мужчина должен выпивать в день 2,7 стакана молока: 800 мг Са*(1 стакан молока/ 288 Са) = 2,7 стакана молока).

- В куске белого пшеничного хлеба 0,8 мг железа. Сколько кусков нужно съедать в день для удовлетворения суточной потребности в этом элементе. (Суточная потребность в железе 18 мг). (Ответ. 22,5 кусочка)

18 мг.: 0,8= 22,5

Закрепление изученного материала

Игра «Подними руку, если согласен»

- Сейчас вы будете выполнять задание по изученной теме в виде теста.

(Во время проверки обучающиеся меняются своими работами и оценивают работу соседа. Варианты правильных ответов на доске. По окончании проверки каждый выставляет оценку соседу)

- Какая структура является самой прочной? Почему? 
Ответ: Первичная, т.к. связи прочные, ковалентные. 
Именно при помощи радикалов реализуется одно из выдающихся свойств белков – их необыкновенная многогранная химическая активность. ( причинно- следственные связи: функции - строение- конфигурация - свойства). 

-Как можно с помощью проволоки, бус показать образование вторичной, третичной, четвертичной структур белка. За счет каких связей, взаимодействий это происходит?

А теперь с помощью теста  проверим, как вы усвоили материал.

На ответ «Да» поднимаете руку.

1. В состав белков входят аминокислоты, прочно связанные между собой водородными связями (Нет)

2. Пептидной называют связь между углеродом карбоксильной группы одной аминокислоты и азотом аминогруппы другой аминокислоты. (Да)

3. Белки составляют основную часть органических веществ клетки. (Да)

4.Белок – мономер. (Нет)

5. Продукт гидролиза пептидных связей – вода. (Нет)

6. Продукты гидролиза пептидных связей – аминокислоты. (Да)

7. Белок – макромолекула.  (Да)

8. Катализаторы клетки – это белки.  (Да)

9. Существуют белки, переносящие кислород и углекислый газ.  (Да)

10. Иммунитет не связан с белками.  (Нет)

Высказывания о жизни и белках знаменитых людей

«Повсюду, где мы встречаем жизнь, мы находим, что она связана с каким-либо белковым телом».

Ф.Энгельс «Анти-Дюринг»

Знаменитый путешественник и естествоиспытатель Александр Гумбольдт еще на пороге 19 века давал такое определение жизни:

«Жизнь есть способ существования белковых тел, существенным моментом которого является постепенный обмен веществ с окружающей их внешней природой; причем с прекращением этого обмена веществ прекращается и сама жизнь, что приводит к разложению белка».

Определение, данное Ф.Энгельсом в работе «Анти-Дюринг», позволяет задуматься над тем, как современная наука представляет процесс жизни.

«Жизнь – это переплетение сложнейших химических процессов взаимодействия белков между собой и другими веществами».

1. Запрещённые

Е103, Е105, Е111, Е121, Е123,Е125,Е126, Е130, Е152.

2. Подозрительные

Е104, ЕЕ122, Е141, Е150, Е171, Е173, Е180, Е241, Е477.

3. Опасные

Е102, Е110, Е120, Е124,. Е127.

4.Канцерогенные

Е131,Е210-Е217,Е240, Е330.

5. Вызывающие расстройства кишечника

Е221-Е226

6. Вредные для кожи

Е221 - Е226

7. Вызывающие нарушение давления

Е250, Е251

8. Провоцирующие появление сыпи

Е311,Е312

9. Повышающие уровень холестерина

Е320 – Е322

10. Вызывающие расстройство желудка

Е338 Е341, Е407, Е450, Е461 – Е466

Опыт

Что делали

Что наблюдали

Объяснение и выводы

1. Качественные реакции на белки.

а) Биуретовая реакция.

К 2 мл раствора белка добавить раствор сульфата меди (II) и щелочи.

Красно-фиолетовое окрашивание.

При взаимодействии растворов образуется комплексное соединение между ионами Си2+ и полипептидами.

б) Ксантопротеиновая реакция.

К 2 мл раствора белка добавить по каплям концентрирующуюся азотную кислоту.

Желтое окрашивание.

Реакция доказывает, что в состав белков входят остатки ароматических аминокислот.

2. Денатурация белка.

В пробирку № 1 с раствором белка добавили этанол неразбавленный.

В пробирку № 2 с раствором белка добавили соль железа.

Пробирку № 3 с раствором белка нагреть.

Во всех трех случаях наблюдается необратимое свертывание белка — денатурация.

При нагревании, действии неразбавленного спирта, солей тяжелых металлов происходит разрушение вторичной и третичной структуры, с сохранением первичной.

1 вариант

2 вариант

1. В состав аминокислот входят:

а) только аминогруппы

б) только карбоксильные группы

в) аминогруппы и карбоксильные группы

г) аминогруппы и карбонильные группы

1. Аминокислотой является вещество, формула которого:

а) СН3СН2 СОNН2

б) NН2СООН

в) NН2СН2СН2СООН

г) NН2СН2СОН

2. Аминокислоты, которые не могут синтезироваться в организме человека, а поступают только с пищей, называются

а) a -аминокислотами

б) пищевыми

в)   -аминокислотами

г) незаменимыми

2. Аминокислоты - это

а) бесцветные легкокипящие жидкости

б) газы тяжелее воздуха

в) кристаллические вещества розового цвета

г) бесцветные кристаллические вещества

3. При взаимодействии аминокислот со щелочами и кислотами образуются:

а) соли

б) сложные эфиры

в) дипептиды

г) полипептиды

3. Образование полипептидов происходит по типу реакции:

а) полимеризации

б) поликонденсации

в) присоединения

г) замещения

4. Формула 3-аминопропановой кислоты:

а) NН2СН2СООН

б) NН2СН2СН2СООН

в) NН2СН2СН2 NН2

г) NН2СН СН2СООН
              |
           СН3

4. Самые слабые кислотные свойства проявляет кислота:

а) уксусная

б) хлоруксусная

в) аминоуксусная

г) дихлоруксусная

5. Верным является утверждение, что аминокислоты это:

а) твердые вещества молекулярного строения

б) кристаллические вещества ионного строения

в) жидкости, хорошо растворимые в воде

г) кристаллические вещества с низкими температурами плавления

5. Аминокислоты являются амфотерными соединениями,

так как они взаимодействуют:

а) с кислотами

б) с щелочами

в) со спиртами

г) с кислотами и щелочами

1 вариант

2 вариант

1. Укажите название белка, выполняющего защитную функцию:

а) гемоглобин, б) оксидаза, в) антитела.

1. Укажите название белка, выполняющего ферментативную функцию:

а) гемоглобин, б) оксидаза, в) антитела.

2. Белки – это..:

а) полисахариды, б) полипептиды,

в) полинуклеотиды.

2. Биологические свойства белка определяет структура:

а) третичная, б) вторичная, в) первичная.

3. Первичная структура белка поддерживается за счёт связей:

а) ионных, б) пептидных, в) водородных.

3. Вторичная структура белка поддерживается за счёт связей:

а) ионных, б) пептидных, в) водородных.

4. Гидролиз белка используется для:

а) получения аминокислот,

б) качественного обнаружения белка,

в) разрушения третичной структуры

4. Белки подвергаются реакциям:

а) денатурации, б) полимеризации,

в) поликонденсации.

5. Аминокислоты, необходимые для построения белков, попадают в организм:

а) с водой, б) с пищей, в) с воздухом.

5. Какой из процессов наиболее сложен:

а) микробиологический синтез, б) органический синтез, в) переработка растительного белка.

Номер вопроса

1

2

3

4

5

6

7

Вариант ответа

1-

2-

3-

4-

А

Б

В

№

Функции

Значение

 1

Строительная

Клеточные мембраны, покровные ткани, шерсть, перья, гора, волосы, хрящи

 2

Транспортная

Накопление и транспорт по организму важнейших веществ

 3

Энергетическая

Запас аминокислот для развития организма

 4

Двигательная

Сократительные белки основа мышечных тканей

 5

Защитная

Белки – антитела, антитоксины распознают и уничтожают бактерии и “чужеродные” вещества

 6

Каталитическая

Белки – природные катализаторы (ферменты)

 7

Сигнальная

Мембранные белки воспринимают внешние воздействия и передают сигнал о них внутрь клетки