Интегрированный урок по химии и биологии на тему "Белки - основа жизни" для 10 класса

Интегрированный урок (биология + химия) по теме            «Белки – основа жизни, их свойства и биологические функции»

Тип: урок изучения нового материала с применением технологии учебно-исследовательской деятельности.

Вид: интегрированный урок-исследование.

Цель: продолжить расширение и углубление знаний о важнейших органических веществах клетки на основе строения белков, сформировать знания о важнейшей роли белков в органическом мире.

Задачи:

•         Расширение знаний учащихся о природных высокомолекулярных веществах – белках, их свойствах и функциях.

•         Формирование навыков самостоятельного приобретения знаний, умения сравнивать и делать выводы.

•         Развитие и углубление умений и навыков в работе с дополнительной литературой.

•         Развитие логического мышления через нахождение связей: строение – свойства – применение веществ.

Понятия: протеины, биополимеры, мономеры, a-аминокислоты, пептидная связь, денатурация, ренатурация, биуретовая реакция

Методы обучения:

По характеру познавательной деятельности: исследовательский.

По виду источников знаний: словесно-наглядно-практический.

По форме совместной деятельности учителя и учащихся: беседа.

По стимулированию контроля и самоконтроля за эффективностью учебно-познавательной деятельности:

– контроль за проведением практического эксперимента;
– фронтальный (устный) контроль;
– тестовый контроль.

Оборудование: штатив с пробирками, спиртовка, держатель для пробирок, спички, инструкция к работе, пипетка, компьютер, видеопроектор, видео-презентация, карты-инструкции к выполнению лабораторных работ.

Реактивы: Хлорид натрия (раствор), соляная кислота (раствор), гидроксид натрия (20% раствор), этиловый спирт, дистиллированная вода, сульфат меди (II) (2%), азотная кислота (концентрированная), нитрат серебра, яичный белок.

Ход урока

Организационный момент: На доске слова В.Гете «Настоящий ученик учится открывать неизвестное с помощью известного и тем самым приближается к учителю».

Ребята, мы продолжаем изучать белки и проводим урок – исследование на тему "Белки – основа жизни, их свойства и биологические функции".  Я думаю, вы понимаете важность этой темы, то, что изучаемый сегодня материал имеет большую практическую и теоретическую значимость. Этот урок еще раз докажет вам взаимосвязь между химическим составом, строением белка и его биологической ролью в клетке. И вы находитесь сегодня в биохимической лаборатории, где  должны исследовать свойства белков и их биологическую роль в клетке.  В.Гете писал: «Настоящий ученик учится открывать неизвестное с помощью известного и тем самым приближается к учителю».

Сегодня вы будете исследовать такие знакомые вам вещества – белки: открывать неизвестное с помощью известного.

Скажите, какие цели вы поставите сегодня на уроке?

Ученик: Повторить и систематизировать материал о составе и строении белков. Исследовать химические свойства белков и их биологическую роль в живых организмах.

Учитель: Правильно, именно этих целей мы и должны достигнуть сегодня на уроке. Но вначале проверим, как вы усвоили материал прошлого урока.

Проверка домашнего задания.

Контрольные вопросы:

·         Какие соединения называют пептидами?

·         Какая группа атомов называется пептидной?

Учитель: сегодня мы продолжаем работать с опорным конспектом, который вы начали заполнять на прошлом уроке. Найдите в опорном конспекте тест «Строение белков» и ответьте на вопросы теста. Время работы – 3 минуты.

Изучение нового материала:

Многие тысячелетия человечество волновала загадка жизни.

Ещё Ф. Энгельс в своей работе «Анти-Дюринг»  писал: «Жизнь есть способ существования белковых тел…». И сегодня человечество пришло к тому, что белки являются основой жизни. А почему это действительно так, мы должны ответить сегодня на уроке.

Проблемный вопрос: почему белки являются основой жизни?

Учитель химии: ребята, сегодня на уроке вы работаете группами: Первая и вторая группы – профильные, третья группа – общеобразовательная.  И мы опять возвращаемся к опорному конспекту, по которому мы работали на прошлом уроке. Начинаем исследовать свойства белков. Как вы думаете, какая структура в молекуле белка будет самой прочной?

Учитель химии: да, действительно первичная.  Вторичная и третичная структуры могут легко разрушаться под действием различных факторов. Как вы думаете, что происходит с яичным белком, когда мы варим куриное яйцо? (денатурация)

Первая группа проводит  исследование: при каких условиях происходит денатурация белка. Инструкция к выполнению исследования в опорном конспекте на ваших столах. Время работы – 7 минут. 

Учитель химии: существуют экспериментальные способы распознавания белков. Их называют цветными реакциями на белки. Вторая группа  исследует цветные реакции на белка. Инструкция к выполнению исследования в опорном конспекте на ваших столах. Время  работы – 6 минут.

Учитель химии: наличие белка в различных продуктах определяют с помощью реакции идентификации. Одна из них горение. Исследовать процесс горения шерстяной и искусственной нити предлагаем группе №3. Время работы – 5минут.

Напоминаю  о необходимости соблюдения  правил техники безопасности при работе с химическими реактивами и оборудованием.

Первыми о результатах исследования докладывают экспериментаторы 1 группы.

Опыт №1 Денатурация белков. В каждую из четырех пробирок приливаем по 2 мл яичного белка. Затем добавляем в первую пробирку – соляную кислоту, во вторую – гидроксид натрия, в третью – этиловый спирт, а четвертую пробирку нагреем на огне. Затем добавляем дистиллированную воду и встряхнем пробирки.

Вопросы к проведенным опытам:

1.  Какие структуры белка разрушаются?
2. Меняется ли первичная структура белка?
3. Что происходит со структурами белка при добавлении дистиллированной воды?
4. Что такое ренатурация?
5.  Почему свернувшийся белок не растворяется в воде?

Учитель химии:  благодарим за интересные исследования, но процесс денатурации происходит ещё при некоторых других условиях. Предлагаем посмотреть видеоролик.

 Опыт №2 Осаждение белка солями тяжелых металлов (видеоролик 40 сек.)

В две пробирки поместите по 10 капель раствора яичного белка. В одну пробирку добавьте каплю 2%-ого раствора сульфата меди (II), в другую – раствор нитрата серебра

В обеих пробирках выпадает осадок.

Данное свойство белка связывать тяжелые металлы используется в медицине. Например, при отравлениях принимают внутрь сырой яичный белок.

Вопрос:  как вы думаете, как влияют на здоровье человека соли тяжелых металлов, спирт, концентрированные щелочи и кислоты, высокая температура?

Вывод:

Белки коагулируют под действием всех этих факторов. При этом структура белка необратимо разрушается. Произошла денатурация. Ученые полагают, что процессы старения связаны с медленно протекающей денатурацией, так как денатурация приводит к нарушению антигенной чувствительности белка, а иногда к полному блокированию ряда иммунологических реакций, нарушению обмена веществ.

Учитель химии:  1. Как вы думаете, может ли разрушиться первичная структура белка?

2. При каких условиях будет протекать этот процесс?

3. Как будет называться такой тип химических реакций?

 Гидролиз – разрушение первичной структуры белка. В лабораторных условиях этот процесс проводится в присутствии кислот и щелочей. В организме он происходит под действием ферментов, что приводит к образованию аминокислот, из которых в клетках организма образуются белки, характерные для данного организма. (Слайд №)

По результатам исследований слово предоставляется экспериментаторам 2 группы.

“Качественные реакции на белки”.

Опыт №3 Биуретовая реакция (распознавание пептидных связей).

Белок + NaOH + CuSO4 —> фиолетовое окрашивание.

Вопросы: 

1.      Наличие какого структурного фрагмента в молекуле необходимо для положительной биуретовой реакции?

2.      Можно ли считать эту реакцию качественной на белок?

Опыт №4 Ксантопротеиновая реакция - обнаружение бензольных ядер в аминокислотных остатках (видеоролик). В пробирку поместите 10 капель раствора яичного белка и 2 капли концентрированной 1:3 азотной кислоты. Смесь осторожно нагрейте до появления желтого осадка и охладите. Добавьте по каплям концентрированный раствор аммиака до появления оранжевой окраски.

Белок + HNO3(конц.) —> желтое окрашивание.

Вопросы: 

1.  Какие аминокислоты можно обнаружить с помощью данной реакции?
2. Можно ли считать данную реакцию – качественной на белок?

Учитель химии:

Благодарим за хорошую работу в лаборатории. Наличие белка в различных продуктах с помощью реакции идентификации определяла 3 группа. Им слово.

Вопросы: 

1.      Как вы думаете, можно ли с помощью этой реакции доказать наличие белка в продуктах питания?

2.      И чем обусловлен неприятный запах жженого белка?

Учитель биологии: состав, строение и свойства белка определяют его биологическую роль в клетке.

Опыт №6 “Каталитическая активность ферментов в живых тканях”.

В пробирке №5 находятся мелко нарезанные кусочки сырого картофеля, а в пробирке №6 - вареного картофеля. Налейте в обе пробирки столько раствора 3% пероксида водорода, чтобы он закрыл картофель полностью. Рассмотрите полученный результат и сравните активность фермента в живой и мертвой тканях картофеля.

Результаты исследований

Исследуемый объект	Реактивы	Признак	Выводы
Кусочек вареного картофеля	3% р-р Н2О2
Кусочек сырого  картофеля	3% р-р Н2О2

Вопросы: 

1.      Какой газ выделяется из клеток сырого картофеля?

2.      Почему происходит его выделение?

3.      Как проявляется активность фермента в живой и мертвой тканях растений?

4.      Как вы считаете: все ли живые организмы содержат фермент каталазу, обеспечивающий разложение пероксида водорода?

5.      Как называется эта функция белков? (каталитическая – белки– природные катализаторы, ферменты).

5. Функции белков (Слайды №)

Учитель биологии: Значение белков для жизни очень велико и функции их разнообразны. Вопрос: Какие ещё функции белков  в живых организмах вам известны?

Строительная – клеточные мембраны, покровные ткани, шерсть, перья, рога, хрящи, волосы.
Транспортная – накопление и транспортировка по организму важнейших веществ.
Энергетическая – запас аминокислот для развития организма.
Двигательная – сократительные белки – основа мышечных тканей.
Защитная – белки-антитела и антитоксины распознают и уничтожают бактерии и “чужеродные” вещества.

Учитель биологии: Как вы думаете какая структура белка важна для того, чтобы белок выполнял свои функции в клетке?

Итак, в начале нашего исследования мы поставили проблемный вопрос: почему белки являются основой жизни? Как бы вы ответили на него?

Учащиеся: благодаря тому, что белок выполняет такие важнейшие функции, организм имеет возможность двигаться, расти, усваивать пищу, размножаться, реагировать на внешние воздействия, т.е. обладает всеми свойствами живых организмов. Таким образом, белок и есть носитель жизни, основа всего живого на Земле. Понятие «Жизнь» и «Белок» неразрывно связаны. 

Чтобы ответить на вопрос «Что такое жизнь?», надо знать, что такое белки. Насколько многообразны белки, настолько сложна, загадочна и многолика жизнь. Подтверждением этого может стать высказывание Гёте: «Я всегда говорил и не устаю повторять, что мир не мог существовать, если бы был так просто устроен».

Рефлексия. 

Учитель биологии: Итак, чем больше мы узнаем о белках, тем глубже проникаем в понятие “жизнь”.  Поэтому мы предлагаем вам осмыслить два важнейших понятия: «жизнь» и «белок». И изложить своё понимание в синквейнах.

Общеобразовательная группа: синквейн на тему «Жизнь».

Профильная группа – синквейн на тему «Белок».

Итог урока.

Учитель объявляет оценки, комментирует полученные результаты и задает домашнее задание.

Домашнее задание:

Для профильной группы: §51, стр. 265-268, Упр. № 2,3,5,6. 

Для общеобразовательной группы: §51, стр. 265-268, Упр. № 2,6.