«Органические вещества клетки. Белки, их строение и свойства, функции »

Климова Людмила Алексеевна, учитель биологии

Колбасова Галина Евстафьевна, учитель химии

Цели урока: установить зависимость между строением, химическими свойствами белков и их биологическими функциями.

Задачи урока:

Образовательные:

1. На основе межпредметных связей биологии и химии, углубить и расширить ранее полученные учащимися на уроках знания о белках.

2. Расширить представления о белках: строении, физических и химических свойствах, важном значении белков для всех живых организмов.

3.Провести связь между биологическими и химическими процессами.

Воспитательные:

1.Продолжить формирование убеждения в познаваемости мира и убеждённости в том, что все природные явления имеют причинно – следственные связи.

2. Развитие интереса к наукам биологии и химии, понимание их неразрывной связи друг с другом.

Развивающие: продолжить формирование умения обобщать, анализировать изучаемые факты и понятия. (Для развития речи – индивидуальные выступления; для развития познавательного интереса – дополнительный материал; для развития логического мышления- создание синквейнов.

Тип урока: комбинированный.

Форма обучения: индивидуальная, фронтальная и в группах.

Методы урока: словесные, наглядные, самостоятельные.

Основные понятия: белки, протеины, протеиды, биополимеры, мономеры, аминокислоты, уровни организации белковой молекулы (первичная, вторичная, третичная, четвертичная), пептидная связь, денатурация, цветные реакции.

Оборудование и реактивы : таблицы: а) строение молекулы белка; б) уровни организации белковой молекулы; в) строение молекул ДНК и РНК;мультимедийный проектор (для изображения моделей некоторых молекул белков, 20 аминокислот, входящих в состав молекулы белка, изображения некоторых формул молекул белков, молекулярный состав молекул: молока, пенициллина, гемоглобина), белок куриного яйца, хлопчатобумажная и шерстяная нить, спички, белый хлеб, HNO ₃ азотная кислота (конц), Cu(OH)₂ гидроксид меди(II), C ₂H₅OH этиловый спирт, пробирки, спиртовка, держатель для пробирок, таблица растворимости, вода, лабораторный штатив, штатив для пробирок, растворы индикаторов (лакмус, фенолфталеин, метиловый оранжевый), твердые щелочи и их растворы (гидроксид натрия - NaOH, гидроксид калия - KOH, гидроксид кальция Ca(OH) ₂ – в виде «известковой воды». Свежеприготовленный гидроксид меди (II) - Cu(OH) _2.

План изучения нового материала:

1. Химический состав белков.
2. Строение белков.
3. Физические и химические свойства белков.
4. Функции белков.
5. Биологическая роль белков.

Этапы урока

«Учение без размышления бесполезно,

но и размышление без учения опасно»

Конфуций (Кун-цзы).

1.Актуализация знаний:

Учитель биологии : людей всегда волновал вопрос «что такое жизнь»? В течение веков копились наблюдения, проводились исследования, создавались теории. Сегодня на уроке попытаемся раскрыть тайну веществ, лежащих в основе жизни и ответить на вопрос:

«Что такое белок? Какие химические элементы образуют белковую молекулу? Почему в клетке из органических веществ больше всего белков? ».

2.Формирование новых понятий:

I. Химический состав белков

Учитель химии: из органических веществ клетки на первом месте по количеству и значению стоят белки. Какие элементы образуют белковую молекулу?

В состав белков входят элементы: углерод(С), водород(H), кислород (О),азот (N),сера(S).Ферментные белки часто содержат фосфор (Р) (казеин молока),железо (Fe) (гемоглобин),медь(Cu),цинк (Zn). Относительная молекулярная масса белков изменяется в широких пределах от пяти тысяч до десятков миллионов, поэтому их называют макромолекулами (с греч.«макрос»-большой).Например: белок крови –гемоглобин имеет Mr = 68000, миозин(белок мышц) Mr =500000,альбумин (один из белков яйца) Mr =36000.

В одной клетке бактерий кишечной палочки содержится около 5 тысяч молекул органических соединений, из них – 3 тысячи приходится на белки.

Все ли существующие аминокислоты способны образовывать белковую молекулу?

В организме человека более 5 миллионов белков (50 % массы клетки в расчёте на сухое вещество). Без белков невозможно представить движение, способность расти, сократимость, размножение. Белки – биологические полимеры, т.е. высокомолекулярные соединения, состоящие из множества одинаковых структурных звеньев(мономеров). Мономеры – это α –аминокислоты. В природе существует свыше 170 различных аминокислот, бесконечное разнообразие белков создается за счет различного сочетания всего 20 аминокислот. Из них может быть образовано 2 432 902 008 176 640 000 комбинаций,то есть различных белков, которые будут обладать совершенно одинаковым составом, но различным строением. Каждая аминокислота может встречаться в белке несколько раз.

Аминокислоты

Часто белки называют протеинами – это название подчёркивает первостепенную роль этих веществ (с греч “протео” - занимаю первое место).

II.Строение белков

Учитель химии: среди органических соединений белки – самые сложные по строению. Все белки являются полипептидами, но не всякий полипептид является белком, каждый белок имеет свое специфическое (индивидуальное и постоянное строение).

Чем протеины отличаются от протеидов?

Белки

Прежде чем говорить о строении белков, надо вспомнить, что такое аминокислоты?

Какими свойствами обладают аминокислоты?

Какие функциональные группы обуславливают эти свойства?

Общая формула аминокислот

NH₂—R—COOH

Аминокислоты –амфотерные органические вещества. В растворе они могут выступать как в роли кислот, так и оснований. Благодаря наличию кислотной (-СООН) и основной групп ( - NH ₂ ) молекулы аминокислот способны взаимодействовать друг с другом и образовывать полимеры- т.е. белки. 1888 год профессор Харьковского университета А.Я. Данилевский пишет о существовании связи пептидной связи.

Примеры аминокислот:

Какая связь образуется в результате взаимодействия функциональных групп двух аминокислот?

При взаимодействии двух аминокислот происходит реакция конденсации и образуется азот - углеродная пептидная связь.

Вывод: белок –полимер, мономерами которого являются аминокислоты, соединенные между

собой пептидной связью. При образовании пептидной связи выделяется вода (реакция

поликонденсации).

Учитель биологии: если мономер обозначить буквой «А», то как будет выглядеть молекула белка? Пишем в тетради.

А-А-А-А

мономер

В организме человека свыше 10 000 различных белков и все они построены из одних и тех

же 20 α-аминокислот, которые соединены между собой пептидной связью. Список

аминокислот приведен в учебнике « Общей биологии» автор Каменский А.А.,(стр. 47).

Вывод: тот факт, что белки всех организмов построены из одних и тех же

аминокислот, - еще одно доказательство единства живого мира на Земле.

Учитель химии: каждый живой организм содержит большое число различных, только ему присущих белков. Различают четыре уровня структурной организации белковых молекул.

Что собой представляет первичная структура белка?

Заслушаем сообщения о строении белковых молекул. Работаем с таблицей, (см. учебник, рис.14,с.43).

1ученик. Первичная структура белка – это последовательность α-аминокислот в молекуле белка за счет образования пептидных связей.

Схема первичной структуры:

Рис1.Первичная структура белков. R _{1 ,} R₂ радикалы α-аминокислот.

Учитель биологии: какова пространственная конфигурация вторичной структуры белка ? (см.учебник, рис.14,с.43, или таблица на доске).Слушаем сообщения.

2ученик. Вторичная структура белка образуется для того, чтобы придать аминокислотной цепи более компактную форму - α-спираль, которая образуется в результате скручивания полипептидной цепи за счет водородных связей между функциональными группами.

>С=O и > N-H

Теоретически все эти группы могут участвовать в образовании водородных связей, поэтому вторичная структура очень стабильна. Вторичная структура была установлена американским химиком Л. Полингом в 1951году и Р.Кори.

Схема вторичной структуры:

Рис2.Вторичная структура белков.

Учитель биологии: какова пространственная конфигурация третичной структуры белка? Для чего возникает третичная структура? (см.учебник,рис.14,с. 43, и таблица на доске).Слушаем сообщения.

3 ученик.Третичная структура-это конечная структура у большинства белков, образующаяся с целью придания молекуле белка максимально компактной формы в виде клубка (глобулы). Трехмерная конфигурация, образованная сложением вторичных структур. В образовании данной структуры участвуют самые слабые взаимодействия: дисульфидные мостики ( -S-S-),солевых мостиков (NH ₃⁺COO^-), сложноэфирные, ионные, водородные связи.

Рис3.Третичная структура белков.

4ученик.В случае образования связи между несколькими простыми белками образуется четвертичная структура белка. (Например так построен гемоглобин- белок крови).

В гемоглобине гем - небелковая часть( Fe ²⁺), глобин - белковая часть. Гем одинаков для животных и человека, глобин отличен.

Исследователь М. Перутц , затратив 25 лет работы выяснил, что молекула состоит из 4 отдельных полипептидных цепей, каждая свёрнута в клубок, структура при функционировании может сжиматься, когда присоединяет кислород и расправляться при отдаче кислорода. Академик В.А. Энгельгард сравнивал этот процесс с поведением грудной клетки во время дыхания.

Детям раздаются карточки с цифрами. Проходя по змейке ребенок останавливается около фрукта, соответствующего своему порядковому номеру. Описывает фрукт.(этот фрукт растет на дереве, кустарнике, на какомконтиненте, цвет, форма напоминает плоскую, объемнуюгеом.фигуру…). Самый полный ответ поощряется монеткой пирата, которая в конце занятия обменивается на игру.

2. Классики.

Пройти по заминированному полю по следам.

Участвуют все.

Правильно выполненная дистанция, без заступов поощряется монеткой.

3. Геометрические фигуры.

Дети садятся на скамейку. В следующем заданииучаствуютдругие дети. Дети встают в геометрическую фигуру. (назвать, рассказать о ней, сколько углов, сторон, что общего и в чем отличие от других геометрических фигур).

4. Часы.

Два ребенка, один высокий - минутная стрелка, низкий- часовая стрелка.

(в котором часу вы ложитесь спать?Встаньте в лепестки, что бы мы могли посмотреть на наши часы, кто даст правильный и быстрый ответ, тот заработает монетку).

5. Ромашка.

Правильно выполненноезадание дает вам возможность перейти к следующему заданию.

Раздаются всем детямкарточки с яблочками с разным количеством зернышек от 1-12.

По гудку дети должны найти свой лепесток и встать в него, с изображенной цифрой, соответствующей количеству зернышекв яблочке. (неправильновыполненное задание –пропускаетучастие вследующем задании, ребенок садится на скамейку запасных).

6. Яблоня.

Дается время, что бы дети могли изучить яблоню: сколько на дереве яблок, какие они, сколько больших и сколько маленьких.

Сели. Составляем с детьми условие задачи (всего на дереве, сколько больших, сколько маленьких. Вопрос: на сколько больших деревьев больше, чем маленьких? Или с дерева упало одно большое и два маленьких. Сколько осталось? (монету получает тот, ктодает решение и полный ответ).

7. Волшебное дерево.

Волшебное, так как на нем растут листочки разных пород, и они имеют разный окрас.

Вызываются дети, которыеоказались на скамейке штрафников. Если нет таких, то вызывается тот, который не участвовал в задании №1 и №3. (назвать название дерева и в какое время года мы можем увидеть такого цвета листочек на этом дереве? За полный и правильный ответ ребенок получает монету).

8. Веселые ладошки.

Все дети подходят и изучают Чудо дерево. Садятся.

Вызываетсядети не участвующие в задании №1, №3, №7.

Вопросы: сколькоправых ( левых) ладошек обращенывверх, вниз, вправо, влево…

Поощрение-монетка.

9. Алфавит в пузырьках.

Задание- прохлопование слова.

Участвуют все. Вспоминаем: сколько букв в алфавите, на какие группы они делятся (гласные, согласные, ь, ъ.)

Дети становятся в пузырьки. Воспитатель выполняет роль недостающих букв.

Задание 1: Первое тренировочное. (да, мама). В начале произносится мною слово, затем это словопоказывается. По сигналу Дети-буквы по очереди хлопают в ладоши. Каждое следующее задание усложняется (ура, лето, мяч, каникулы).

Задание 2: придумайтенебольшой рассказ изнескольких предложений, что быв нем присутствовали эти слова.

Заключительный этап.

Дети обменивают свои монетки на игры. Ребенокв пару приглашает того, кто сегодня не смогвзять монету. (проигравших нет)