Урок 1-2. Что такое жизнь? (Белки – природные высокомолекулярные соединения)

Класс - 11

ЦЕЛЬ:

• Образовательная – познакомить учащихся с основными химическими свойствами белков на основе проведения опытов и компьютерной презентации; рассмотреть этапы синтеза белка в клетке и обосновать их роль в живом организме.

• Развивающая – развивать теоретическое мышление учащихся и их умение прогнозировать свойства белков на основе самостоятельного проведения опытов, решение теоретических задач и упражнений.

• Воспитательная – формировать научное мировоззрение учащихся на примере интеграции естественных наук, лежащих в основе строения и функционирования организма; развивать любознательность, стремление к усвоению знаний и приобретению навыков и умений по теме занятия, потребность к познанию нового собственными силами, к процессу поиска, анализа полученных результатов, умение работать в группе.

Задачи урока:

• Учащиеся должны изучить химические свойства и функции белков, этапы синтеза белка в клетке и роль белков в живом организме.

• Уметь применять полученные знания в решении задач, упражнений по данной теме.

• Приобрести навыки по составлению молекул белка и проведению качественных реакций на белок в лабораторных исследованиях.

Понятия: протеины, пептидная связь, незаменимые аминокислоты, первичная структура белка, вторичная структура белка, третичная структура белка, четвертичная структура белка, белки, денатурация, ренатурация

Д/з § 14.1. с. 271

в.1,3,4,6 «3»

в. 2,5,8,9 «4»

в. 7,10,11 «5»

Ход урока

1. Орг. Момент

Школьная фирма «Открытая школа» по созданию электронных дисков и учебников получила заказ на создание электронного пособия по химии. Директором сектора «Химия в школе» является Короткова ЕА, дизайнер-консультант Летучих ЕЮ.

Сектор имеет 4 отдела:

1. Химическая лаборатория (руководитель Аринов А.)

2. Аналитический отдел (руководитель Новиненко Е.).

3. Visual Mind – Карты ума (руководитель Гановичева Т).

4. Web – студия (руководитель Кондратова О.).

Сегодня каждый отдел представляет разработанные ими материалы к электронному пособию.

3.Углубленная проверка знаний

В преддверии презентации материалов отделов, мы должны удостовериться в компетентности наших сотрудников.

Каждому отделу предлагается выполнить следующие задания:

(1-2 ученик письменно по карточке (формат А3), 3-4 ученик устно на вопросы)

1. Какие соединения называются аминокислотами?

2. Какие функциональные группы входят в состав аминокислот?

3. Как дать название аминокислоте?

4. Какие виды изомерии характерны для аминокислот?

5. Обладают ли амфотерными свойствами аминокислоты? И какие соединения называют амфотерными?

6. Какие соединения называют пептидами?

7. Какая группа атомов называется пептидной?

8. Что такое поликонденсация?

Приложение 1

Подвести итог – Рабочие карты

4.Подготовка к акт.восприятию - Презентация

- На протяжении многих веков ученые пытались понять: что есть жизнь? Шло время, одна эпоха сменяла другую, философы и естествоиспытатели ломали копья в спорах. И хотя наши знания о мире существенно расширились, но этот вопрос по-прежнему остается открытым. Где же та невидимая грань, что отделяет живое от неживого? Сотни миллионов лет назад природа успешно ее преодолела. А человеку еще предстоит найти ключ к разгадке тайны жизни. Во второй половине 20 в. удалось совершить гигантский рывок в этом направлении. Появились новые области науки – биофизика, биохимия, молекулярная биология. Они изучают, каким образом из отобранных природой молекул возникает нечто дышащее, бегающее, наконец, думающее. Вероятно, там, где пересекаются пути биологии, физики, химии и находится решение этой загадки.

Сегодня мы попробуем только слегка прикоснуться к этой извечной тайне жизни. Тема нашего сегодняшнего урока «Белки – природные высокомолекулярные вещества». Эпиграфом нашего урока будут слова Ф. Энгельса:

«Повсюду, где мы встречаем жизнь, мы находим,

что она связана с каким-либо белковым телом».

Перед вами будут стоят следующие задачи:

• изучить химические свойства и функции белков, этапы синтеза белка в клетке и роль белков в живом организме.

• применять полученные знания в решении задач, упражнений по данной теме.

• приобрести навыки по составлению молекул белка и проведению качественных реакций на белок в лабораторных исследованиях.

План изучения.

1. Роль белков в организме. История открытия.

2. Состав, строение белков.

3. Химические свойства белков.

4. Функции белков.

5. Превращения белков в организме

6. Синтез белков.

5. Изучение нового материала.

1. Роль белков в организме. История открытия.

Это было более 4 млрд. лет назад на Земле. Неспокойное надо сказать это было место – постоянные извержения вулканов, неистовые ливни и сверкающие молнии. В атмосфере почти не содержалось кислорода, а озоновый слой, поглощающий жесткое излучение Солнца, отсутствовал совсем. Вот в таких условиях из маленьких неорганических молекул непостижимым образом возникли первые органические вещества, которые соединились в последствии в длинные полимерные цепочки - белки, ставшие строительными блоками живых организмов. Своим бесконечным разнообразием все живое обязано именно уникальным молекулам белка, и иные формы жизни во вселенной науке пока не известны. Из белков построены хрусталик глаза и паутина, панцирь черепахи и ядовитые вещества грибов. С помощью белков мы перевариваем пищу и боремся с болезнями. Благодаря особым белкам по ночам светятся светлячки, а в глубинах моря таинственным светом мерцают медузы. Белковых молекул в живой клетке во много раз больше, чем всех других (кроме воды, разумеется!). На их долю приходится более 50% сухой массы клетки. Благодаря белкам организм приобрел возможность двигаться, размножаться, расти, усваивать пищу, реагировать на внешние воздействия и т.д. Простейший одноклеточный организм – кишечная палочка – содержит примерно 3 тыс. видов белков. В организме посложнее белков значительно больше; а в организме человека около 5 млн.разных белков.

«Жизнь есть способ существования белковых тел, существенным моментом которого является постоянный обмен веществ с окружающий их внешней природой, причем с прекращением этого обмена веществ прекращается и жизнь, что приводит к разложению белка», - писал Энгельс в своих трудах.

Ни в одной области человеческих знаний не было высказано такого количества гипотез, как в химии белка.

1754 г. Я.Б. Беккари (итальянский ученый) – выделил из пшеничной муки клейковину. Это вещество растительного происхождения напоминало по свойствам продукты, которые можно получить из животных организмов. Вывод: существуют вещества, присущие растениям и животным. Эта работа положила начало изучению белков.

1888 г. А.Я. Данилевский (русский биохимик) – гипотеза о пептидной связи между остатками аминокислот в белковой молекуле.

1899 г. Эмиль Фишер и Франц Гофмейстер – предположение: в молекулах белков аминокислоты связаны за счет аминогруппы одной молекулы и карбоксила другой. При образовании выделяется молекула воды.

1907 г. – экспериментальное подтверждение «полипептидной теории».

2. Состав, строение белков.

Белки - природные высокомолекулярные соединения (биополимеры), основа всего живого на Земле.

Согласно полипептидной теории белки имеют определенную структуру.

В состав белковых веществ входят элементы: С, Н, О, P, N, S

М_r= 10³-10⁷ Н-р, альбумин молока М_r= 17400, белок яйца М_r= 36 000, фибриноген крови - М_r=400 000, белок мышц М_r= 1 500 000, белки вирусов - М_r=50 000 000.

Определить химический состав молекул белка, их строение помогло изучение продуктов гидролиза. Как установил Фишер, в результате гидролиза получается смесь различных α-аминокислот. Наиболее часто в составе белков встречается 20 аминокислот, имеющих различное строение углеродного скелета; кроме карбоксильных и аминогрупп в состав молекул аминокислот могут входить и другие функциональные группы: -ОН, -SH. Например, стр. 258 (учебник).

Из этих формул видно, что все они содержат группировку атомов – СН - СООН

|

NH₂

Но отличаются радикалами.

В связи с этим аминокислоты можно изобразить общей формулой NH₂– СН - СООН

|

R

При всем многообразии пептидов и белков принцип построения их молекул одинаков – связь между α-аминокислотами осуществляется за счет карбоксильной группы одной аминокислоты и аминогруппы другой, которая в свою очередь связывается с аминогруппой следующей кислоты и т.д. Связь между -СО– и -NH– является пептидной; а -СО–NH– пептидной группой.

Формально пептидная, ли белковая цепь представляет собой продукт поликонденсации аминокислот. Каждый белок обладает строго определенным составом и последовательностью аминокислотных остатков в цепи. Это и определяет их уникальную биологическую специфичность.

Их строение можно сравнить с бусинками на нити. Как называются эти составные элементы? (мономеры). Они образуют полимеры. Большинство полимеров построено из одинаковых мономеров. Такие мономеры называются регулярными. Например, если А – мономер, то –А-А-А-…….А- полимер. Полимеры, в которых мономеры различны по строению, называются нерегулярными. Например, -А-В-Р-П-А-……Г-Р-П-А-. Состав определяет их свойства. Как Вы думаете, к каким полимерам относятся белки?
Белки – нерегулярные полимеры, мономерами которых являются аминокислоты.

Первичная структура белка – последовательность чередования аминокислотных остатков (образована прочными пептидными связями) рис. 1

Вторичная структура – форма полипептидной цепи в пространстве. Белковая молекула закручена в спираль (образована водородными связями) рис. 2

Третичная структура - реальная трехмерная конфигурация, которую принимает в пространстве закрученная спираль (дисульфидные мостики –S-S-) рис. 3

Четвертичная структура – соединенные друг с другом макромолекулы белков образуют комплекс. Рис. 4

3. Химические свойства белков

Презентация отдела «Химическая лаборатория» (Аринов А)

1. Амфотерность

2. Гидролиз (действие кислот, щелочей, ферментов)

3. Цветные качественные реакции белков

а) ксантопротеиновая (с азотной кислотой) - желтый

б) биуретовая (с щелочным р-ром гидроксида меди)- красно-фиолетовая окраска.

в) сульфгидрильная (цистиновая) (взаимодействие белка с ацетатом свинца в присутствии щелочи при нагревании) - черный осадок

3 Денатурация (видео) – нарушение природной структуры белка (четвертичной, третичной и вторичной структуры) под действием нагревания и химических реактивов.

а) действие спирта на белок

б) действие солей хлорида натрия (конц.р-р) и сульфата меди на белок;

в) действие HNO₃ (конц)

г) свертывание белков при кипячении.

П? (классу)

-Почему при отравлении людей солями тяжелых металлов используют молоко или сырые яйца?

4. Отдел «Visual Mind» - «Карты ума»

Функции белков - Презентация группы 2 (Гановичева Т)

1. Строительный материал

2. Каталитическая роль

3. Механическая (двигательная)

4. Активно-защитная

5. Пассивно-защитная

6. Регулирующая рост и развитие

7. Зрительная и обонятельная

8. Транспортная

9. Энергетическая

П? (классу)

- Почему слезы человека обладают бактерицидными свойствами? Содержит 0,1% белков, в том числе фермент лизоцим, обладающий бактерицидным действием. Лизоцим быстро и полностью растворяет многие аэробные бактерии.

5. Презентация отдела «Химия в жизни и быту» (Новиненко Е)

Превращения белков в организме.

Живой организм синтезирует все необходимые белки из аминокислот. Некоторые из этих аминокислот синтезируются в организме человека из других, не входящих в состав белка продуктов. Такие кислоты называют заменимые. Но существуют незаменимые аминокислоты, которые в организме человека не синтезируются, их всего 8: Валин, лейцин, изолейцин, лизин, треонин, метионин, фенилаланин, триптофан. Именно поэтому белок – важнейшая составная часть пищи. Ежедневно взрослому человеку требуется около 80-100 г аминокислот, из них незаменимых – 30 г. Любая пища характеризуется определенным соотношением аминокислот.

в отличие от углеводов и жиров аминокислоты в запас не откладываются. Образовавшиеся аминокислоты расходуются по разному: основная часть идее на синтез белков, которые необходимы на увеличение белковой массы организма, некоторая часть – расходуется на синтез небелковых азотсодержащих соединений, н-р, нуклеиновых кислот. Часть аминокислот подвергается медленному распаду и окислению. При этом азот отщепляется в виде аммиака, который превратившись в мочевину выводится из организма.

Результаты анализа пищевых продуктов. См. учебник 270,346

П? (классу)

- Почему белковую пищу нельзя длительно заменять пищей, содержащей жиры и углеводы? Жиры и углеводы – вещества, которые откладываются про запас, белки про запас не откладываются.

6. Презентация отдела «Web-дизайн» (Кондратова О)

Синтез белков с. 270

П? (классу)

Почему проблема синтеза белка до сих пор не решена?

6. Первичная проверка понимания в форме брифинга. У каждого отдела лист с вопросами по данной теме.

Вопросы к брифингу:

1. Белок иначе называют…

2. Что является мономерами белка?

3. Сколько незаменимых АК известно?

4. Какие вещества называются белками?

5. Каков атомарный состав белков?

6. Какая связь поддерживает вторичную структуру?

7. Как называется связь, образующая полипептидную цепь?

8. Вторичная структура белковой молекулы в пространстве напоминает…

9. За счет каких взаимодействий образуются третичная структура?

10. Почему белки относят к ВМС?

11. Что в переводе с греческого означает “протеин”?

12. На какие две группы делят белки по их отношению к Н₂О?

13. Что такое “денатурация”?

14. Как называется процесс взаимодействия белков с Н₂О?

7. Закрепление

Тест - 10 человек

Задание - 6 человек (по 1 задаче + взаимопроверка).

Задача 1,4

Какая масса соли образуется при взаимодействии раствора аминоуксусной кислоты массой 150 г с массовой долей кислоты 30% и раствора гидроксида натрия, содержащего 30 г NaOH

Ответ: 58,2 г

В суточный рацион взрослого человека должно входить 100 г белка. Содержание белка в мясе 18-20%, в рыбе 18%, в сыре –34%. Какая масса мяса требуется человеку в течение месяца, года. Сделать расчет на мясо, рыбу или сыр по своему выбору.

Задача 2,5

При взаимодействии α-аминопропионовой кислоты массой 44,5 г с гидроксидом натрия образовалась соль массой 50 г. Рассчитайте массовую долю выхода соли.

Ответ: 90%.

Известно, что для взрослого человека необходимо 1,5 г белка на 1 кг массы тела в день. Зная свою массу, определите суточную норму потребления белка для своего организма.

Задача 3,6

Определите молекулярную формулу аминокислоты, массовые доли углерода, водорода, кислорода и азота в которой составляют 32, 6,66, 42,67 и 18,67 % соответственно. Напишите структурную формулу этой аминокислоты и назовите ее.

Ответ: С_2­Н₅O₂N

При продолжительности жизни 70 лет обновление белков в организме происходит в среднем 200 раз. Предположите, сколько раз произошло обновление белков в вашем организме.

Дополнительно:

• Почему при тепловой обработке мяса и рыбы происходит уменьшение массы готовой продукции?

Под действием температуры происходит изменение вторичной, третичной и четвертичной структур белковой молекулы (денатурация). Первичная структура, а, следовательно, и химический состав белка не меняются. При денатурации белки теряют влагу (разрушаются водородные связи), что приводит к уменьшению массы готового продукта.

• В чем причина образования пены на поверхности мясных бульонов, жареных, рыбных и мясных изделий?

Объясняется свертыванием растворимых в воде белков (альбумины, глобумины).

• Зачем маринуют мясо?

Под воздействием уксусной кислоты или лимонной происходит частичный гидролиз белков. Белки распадаются на поли – и дипептиды. В желудке под влиянием ферментов этот процесс продолжается и в итоге приводит к образованию аминокислот. Таким образом, маринование облегчает переваривание белка.

8. Подведение итогов

Вывод: Понятие “белок” и “жизнь” неразрывно связаны друг с другом. Что такое жизнь? откуда она появилась на Земле? Эти вопросы волновали людей всегда. Белок – вот самая высшая ступень развития вещества, обусловившая появление человека и жизни вообще на Земле. Насколько многообразны белки, настолько сложна, загадочна и многолика жизнь.

«С полным основанием можно считать, что белки – самые важные из всех веществ, входящих в состав организма животных и растений» Л. Полинг

д/з, рефлексия, оценки.

Упражнение «Плюс-минус-интересно». Это упражнение можно выполнять как устно, так и письменно, в зависимости от наличия времени. Для письменного выполнения предлагается заполнить таблицу из трех граф. В графу «П» - «плюс» записывается все, что понравилось на уроке, информация и формы работы,  которые вызвали положительные эмоции, либо по мнению ученика могут быть ему полезны для достижения каких-то целей. В графу «М» - «минус» записывается все, что не понравилось на уроке, показалось скучным, вызвало неприязнь, осталось непонятным, или информация, которая, по мнению ученика, оказалась для него не нужной, бесполезной с точки зрения решения жизненных ситуаций. В графу «И» - «интересно» учащиеся вписывают все любопытные факты, о которых узнали на уроке и что бы еще хотелось узнать по данной проблеме, вопросы к учителю. Эту таблицу придумал Эдвард де Боно, доктор медицинских наук, доктор философии Кембриджского университета, специалист в области развития практических навыков в области мышления. Это упражнение позволяет учителю взглянуть на урок глазами учеников, проанализировать его с точки зрения ценности для каждого ученика. Для учащихся наиболее важными будут графы «П» и «И», так как в них будут содержаться памятки о той информации, которая может им когда-нибудь пригодиться.

Рабочая карта урока

В завершение сегодняшнего урока, последнего для вас «открытого» урока по химии и информатике, хочется поблагодарить за работу, и подарить вам стихотворение С. Острового:

К словам привыкаешь день ото дня,
А они первородного смысла полны...
И когда я слышу:
-Извините меня!-
Это значит:
-Исключи меня из вины!-
У слова цвет своего огня.
Свое пространство. Свои рубежи.
И когда я слышу:

-Обереги меня!-
Это значит:
-Берегами меня окружи!-
У слова есть корни. И есть родня.
Оно не подкидыш под сирым кустом.
И когда я слышу:
-Защити меня!-
Это значит:
-Спрячь меня за щитом!-
Вслушайся. Вникни. Не позабудь.
У слова свой норов. Свое нутро.
И если ты в эту проникнешь суть -
Слово тебе сотворит добро.

Пусть к Вам в жизни будут обращены только добрые слова, и вы такие же слова дарите окружающим.