Из
опыта работы
ГБОУ ШКОЛА №1499
Северо-Восточного округа
г. Москва
Учитель химии ВАЖНОВА Вера Алексеевна
Интегрированный
урок-лекция по химии и биологии в 11 классе (90 минут)
Тема: «Органические вещества
клетки. Белки, их строение, свойства и функции»
ТЕМА:
«Органические вещества клетки. Белки, их строение, свойства и функции».
Задачи:
1)Образовательная:
·
дать
понятие о белках — природных полимерах и их многообразных функциях, о
первичной, вторичной, третичной и
четвертичной
·
установить
зависимость между строением, химическими свойствами белков и их биологическими
функциями
·
определять
практически с помощью химических реакций содержание белков в органических
соединениях.
2)Развивающая:
• развивать познавательный интерес, реализуя меж предметные связи
курсов химии, биологии, истории, экологии, валеологии, литературы, смекалку,
эрудицию, умение быстро и четко формулировать и высказывать свои мысли,
логически рассуждать, применять свои знания на практике.
3)Воспитательная:
• продолжить формирование научного мировоззрения, стимулировать
познавательную активность учащихся, воспитывать чувства сопричастности общему
делу.
Оборудование для урока.
таблицы «белки», «структура белка», образцы белковых
веществ, рисунки и модели белка, схема полипептидной цепи.
Оборудование для лабораторных опытов:
штативы, пробирки, химические стаканы, пипетки,
электрическая плитка, стеклянные палочки, фильтровальная бумага, инструктивные
карточки по выполнению лабораторной работы.
Реактивы: куриное
яйцо (белок), вода, 1%-ная уксусная кислота, поваренная соль, аммоний
сернокислый, 10%-ный раствор гидроксида натрия, 1% - ый раствор сульфата меди
(II), азотная кислота (конц.), гидроксид аммония (конц.), 80 - 90% - ный
раствор этилового спирта.
Термины:
пептидная связь, денатурация, ренатурация, цветные реакции на белки.
ПЛАН
ИЗУЧЕНИЯ ТЕМЫ:
I. Постановка
проблемы.
Основной вопрос:
«Почему многие люди отождествляют понятие «белок» с понятием «жизнь»?
П. Раскрытие
темы.
1. Значение белков
в жизни
организмов 2.История
возникновения белковых
веществ. 3.Строение
белков (уровни организации белковых молекул).
4.Классификация белков по структуре и роль каждой структуры в живом
организме.
5. Демонстрация
опытов
6. Заболевания, связанные с изменением структуры белка.
ХОД УРОКА.
I.
Организационный
момент.
II.
Вступительная
беседа. Актуализация знаний.
Вопросы:
УЧИТЕЛЬ
ХИМИИ.
1. Какие вещества называются аминокислотами? 2.
Какая связь называется
водородной?
3. Какая реакция лежит в основе получения высокомолекулярных
соединений? 4.
Какие природные полимеры вы знаете?
УЧИТЕЛЬ
БИОЛОГИИ.
5. Какие органические вещества входят в состав
клетки?
6. Какие функции белков вам
известны? 7.
Что такое иммунитет? 8.
Какова роль генов в хранении наследственной информации?
III. Постановка проблемы.
УЧИТЕЛЬ БИОЛОГИИ. Почему
многие люди отождествляют понятие «белок» с понятием «жизнь»?
IV. Изложение нового материала.
УЧИТЕЛЬ
ХИМИИ.
Белковые
вещества, или белки, представляют собой
природные высокомолекулярные азотсодержащие органические соединения, очень
сложные молекулы, которых построены из остатков аминокислот. Значение белков в
природе исключительно велико, т. к. эти вещества играют первостепенную роль во
всех явлениях жизни.
УЧИТЕЛЬ
БИОЛОГИИ (излагает материал в форме беседы, отпираясь на знания учащихся).
Белки
всюду, где есть жизнь. Белки — наиболее важная составная часть
организмов. Белков в клетках больше, чем каких бы то ни было
других органических соединений: на их долю приходится более 50% общей
массы сухой клетки. В мышцах - 80% от сухой массы, коже - 63%, печени -
57%, мозге - 45%, костях -28%. -
Они содержатся в протоплазме и ядре всех растительных и животных клеток,
выполняет строительную функцию. В
каждой клетке нашего тела белков около тысячи, и каждый из них выполняет свою,
важную для жизнедеятельности работу. Чего только они не делают! Функции белков
в организме многообразны. Из белков построены опорные, мышечные и покровные
ткани. Белки заведуют питанием организма, ростом, движением, чувствительностью,
работой
мозга.
- В мышцах действуют незримые белковые "пружины". Сократительные белки
осуществляют двигательную функцию организма. Эти белки участвуют во всех
видах движения: мерцание ресничек, биение жгутиков - у простейших,
сокращение мышц - у многоклеточных животных, движения листьев
у растений. -
У светлячков и некоторых видов бактерий белки способствуют преобразованию
химической энергии окисления органических веществ в световую энергию, благодаря
этому мы можем наблюдать свечение.
-Внутренняя
поверхность глаза покрыта слоем высокочувствительного
белка.
- Выполняют защитную функцию организма, участвуют в иммунитете. При попадании
бактерий или вирусов в кровь животных и человека в организме вырабатываются
специальные защитные белки - антитела.
- С помощью белков
осуществляется перенос веществ в организме, например доставка кислорода из легких
в ткани и выведение образовавшегося оксида углерода (IV). Не менее важен для
жизни "красный " белок гемоглобин. Если бы гемоглобин перестал
переносить кислород, то клетки нашего тела погибли бы.
-Белки-ферменты катализируют в организме
многочисленные химические реакции. Ускоряют химические реакции в десятки тысяч,
а иногда в миллионы раз. Известный Н2О2, применяемый в быту, например, для
отбеливания, без катализаторов разлагается медленно. А 1 молекула каталазы,
фермент имеющийся практически во всех клетках, разрушает Н2О2 со скоростью 5
млн. молекул в минуту. Для любой химической реакции, протекающей в организме,
существует свой отдельный белок-катализатор (фермент).
-
Является источником энергии, при полном сгорании 1г выделяется
17,2кДж -----Гормоны
(среди них есть вещества белковой природы) обеспечивают согласованную работу
органов. В эластических тканях, способных растягиваться, например коже, стенках
кровеносных сосудов, легких - содержится белок эластин, способный в довольно
широких пределах растягиваться и возвращаться в исходное
положение.
Огромное значение белки имеют и для жизнедеятельности растительных
организмов. От белка хлорофилла зависит зеленая окраска листьев, деревьев и
других растений. Этот белок обладает замечательным свойством: ловит солнечный
луч и с помощью его энергии из простых веществ — углекислого газа воздуха и
воды - создает более сложные вещества и строит из них живое тело растения.
Только в растениях наряду с синтезом углеводов осуществляется синтез белков из
простых неорганических веществ. Необходимый для этого оксид углерода (IV) (СО2)
растения поглощают из воздуха, а минеральные азотистые соединения — из
почвы.
Белки
— не только самые многочисленные, но и самые таинственные вещества природы.
УЧИТЕЛЬ ХИМИИ :
Белки являются продуктом длительного
развития природы. Кратко проследим историю возникновения аминокислот из
неорганических соединений.
В период раскаленного состояния нашей
планеты при взаимодействии углерода с металлами образовались карбиды металлов.
При остывании Земли, когда на ее поверхности в огромных количествах стала
скапливаться вода, они могли положить начало образованию углеводородов:
СаС2 + 2Н20 -> С2Н2 + Са(ОН)2,
А14С3 + 12Н20 -> ЗСН4 + 4А1(ОН)з.
Возможен был и прямой синтез
углеводородов, например'.
С + 2Н2 -> СН4.
При соответствующих условиях из
углеводородов получались другие органические вещества, например:
С2Н2 + Н20 -> СНз-СОН.
Превращения альдегидов, в свою очередь,
могли приводить к образованию других, все более сложных веществ. Под влиянием
притока на Землю больших количеств энергии (УФ - излучение - Солнца,
космическая радиация), обильных грозовых разрядов и других условий между
веществами происходили самые разнообразные реакции, в том числе и
непосредственное образование аминокислот из газов атмосферы. Последнее
подтверждено опытным путем: ученым удалось получить аминокислоты при
пропускании электрических разрядов через смесь метана, аммиака, паров воды и
водорода. При выпадении осадков на Землю аминокислоты переходили в первобытный
Океан, где из них и могли образоваться белковые вещества.
*Белки - это азотсодержащие
высокомолекулярные органические вещества со сложным составом и строением
молекул.
В состав белков входят следующие основные
элементы: углерод, водород, кислород, азот и сера. Элементный состав белка колеблется
незначительно. Различные белки содержат в среднем 50,6-54,5% углерода,
21,5—23,5% кислорода, 6,5-7,3% водорода, 15-17% азота, 0,3-2,5% серы. Во многие
белки еще входит фосфор в количестве 0,2—2%. В белках обнаружены: железо, медь,
бром, марганец и другие элементы, однако количество их обычно весьма невелико.
УЧИТЕЛЬ БИОЛОГИИ: Например, в состав
гемоглобина входит белок глобин и железо. Именно благодаря железу
осуществляется транспорт кислорода и углекислого газа. Белки банана содержат
суточную норму магния. Белок холоферритин насекомых способен связывать 4500
атомов железа. Когда разрушается этот гормон, у насекомого наступает стресс.
УЧИТЕЛЬ ХИМИИ. Белки относятся к
высокомолекулярным соединениям. Их молекулярная масса колеблется в пределах от
103 до107. Так, например, относительная молекулярная
масса белка, входящего в состав куриного яйца, равна 36 000, а таковая одного
из белков мышц достигает 150 000. У некоторых других белков относительная
молекулярная масса составляет 300 000, например, миозин (белок мышц) -
500 000.
Основные сведения о
составе и строении белков получены при изучении их гидролиза. Установлено, что
в результате гидролиза любого белка получается смесь а - аминокислот, причем
наиболее часто в составе белков встречаются 20 аминокислот (учащиеся записывают
формулы этих аминокислот на доске)
NН2-СН,-СООН-
глицин
NH2
НS-СН2-СН-СООН-цистеин
СН3-СН-СООН
- аланин
NH2
НО-СН2
-СН-СООН – серин , и т.д
NH2
Легко
заметить, что строение аминокислот, составляющих белки, можно выразить общей
структурной формулой:
R-CH-COOH
NH2
В состав
заместителя R могут
входить открытые цепи, циклы и различные функциональные группы. Молекулы
приведенных выше аминокислот, как видим, содержат в качестве такого заместителя
следующие группы атомов: -SН, -ОН, -СООН, -NН, и даже
бензольный цикл. Как же аминокислоты образуют белковую молекулу? Еще в 80-х гг.
прошлого столетия русский биохимик А.Я. Данилевский указал на
наличие пептидных групп в белковой молекуле:
C N
О Н
В
начале XX в. немецкий ученый Э.Фишер выдвинул полипептидную теорию, согласно
которой молекулы белка представляют собой длинные цепи аминокислот, соединенных
пептидными (амидными) связями. Фишеру и другим исследователям удалось
синтезировать соединения, в молекулы которых входило 18 остатков различных
аминокислот, соединенных такими связями. Эти полипептиды по некоторым свойствам
напоминали белки. Упрощенно синтез полипептидов можно изобразить так:
Природные белки
являются высокомолекулярными соединениями, и в их полипептидных цепочках
аминокислотные остатки повторяются многократно.Подобно тому, как из 33 букв
русского алфавита составлено множество разнообразных слов, так и из набора 20
а- аминокислот может быть образовано практически безграничное количество белков
(2,4 * 1018).
В молекулах белков
аминокислотные остатки повторяются многократно в строгой последовательности.
Эта последовательность аминокислотных звеньев в линейной полипептидной цепи
называется "'ПЕРВИЧНОЙ СТРУКТУРОЙ БЕЛКОВОЙ МОЛЕКУЛЫ. (рис- 1).
УЧИТЕЛЬ БИОЛОГИИ:
Различные белки имеют разный аминокислотный состав. Белки казеин молока, миозин
мышц, альбумин яйца содержат набор всех 20 аминокислот, в инсулине - 18,
сальмине (белок из молок рыб) всего 7.
Наиболее питательными
являются белки молока и яиц, наименее питательными - белки сухожилий, волос.
Первичная структура
предопределяет все другие уровни организации белка. Например, в состав белка
гемоглобина входит 287 аминокислотных остатка, если в определенном месте в цепи
вместо глутаминовой кислоты встанет валин, то вместо двояковогнутой формы
эритроцита получим эритроцит в виде серпа. С наличием таких эритроцитов связано
заболевание, которое называется серповидно- клеточная анемия. Люди с таким заболеванием
доживают до
УЧИТЕЛЬ ХИМИИ.
Последующие уровни образуются путем самосборки. Чем выше форма структурной
организации белка, чем сложнее белок - тем разнообразнее его свойства.
Пространственная конфигурация белковой молекулы, напоминающая спираль, образуется
благодаря многочисленным водородным связям между группами —СО— и —NH—.
Такая структура белка, свидетельствующая о типе укладки полипептидных цепей,
называется *ВТОРИЧНОЙ (рис. 2)
Рис. 2. Вторичная
структура белков.
УЧИТЕЛЬ БИОЛОГИИ: Основным белковым
компонентом соединительной ткани является коллаген, составляет 25% от общей
массы белков. Придает механическую прочность тканям живых организмов. Коллаген
представляет 3 скрученные в спираль полипептидные цепи, которые образуют
левозакрученную суперспираль.
УЧИТЕЛЬ ХИМИИ: При закручивании
полипептидной цепи в спираль заместители в аминокислотных звеньях оказываются
направленными наружу. Это имеет важное значение для образования третичной
структуры (рис. 3). *Третичная структура отражает расположение полипептидной
цепи в пространстве, это конфигурация, которую принимает в пространстве
закрученная в спираль полипептидная цепь.
Она поддерживается взаимодействием разных
функциональных групп полипептидной цепи. Так, например, между атомами серы
часто образуется дисульфидный мостик (—8—8—), между карбоксильной и
гидроксильной группами имеется сложноэфирный мостик, а между карбоксильной
группой и аминогруппой может возникнуть солевой мостик. Для этой структуры
характерны и водородные связи. Третичная структура в виде определенной
пространственной конфигурации с выступами и впадинами, с обращенными наружу
функциональными группами и обусловливает специфическую биологическую активность
белковой молекулы.
УЧИТЕЛЬ БИОЛОГИИ:
Белок иммунной системы - иммуноглобулин имеет третичную структуру. Состоит из 4
полипептидных цепей, 2 из которых короткие (1), 2 длинные (и), цепи
связаны между собой дисульфидными мостиками. За счет лапок связываются в
области контакта с антигеном. Антиген окружают несколько иммуноглобулинов и направляют
в фагосому, где происходит переваривание.
Гормон поджелудочной железы - инсулин
содержит S - S - мостик.
Инсулин активирует захват клеток молекул глюкозы и расщепление или запас их
внутри клетки. Если не хватает инсулина, то глюкоза накапливается в крови в
избытке. Клетки не способны без помощи инсулина её захватить - они голодают.
Именно в этом причина диабета.
УЧИТЕЛЬ ХИМИИ: Некоторые белковые
макромолекулы могут соединяться друг с другом и образовывать относительно
крупные агрегаты. Подобное полимерное образование белков, где структурными
элементами являются макромолекулы белка, называется *четвертичной структурой
(рис. 4). Такая структура отражает способ объединения и расположения этих
макромолекул.
Примером такого белка является гемоглобин,
который представляет собой комплекс из четырех макромолекул. В пространстве для
него характерна следующая укладка: 4 макромолекулы лежат по углам тетраэдра,
имеются контактные площадки, в которых макромолекулы поддерживаются ионными,
водородными, гидрофобными связями, отсутствуют S
- S
- мостики. Оказывается, что только при таком строении гемоглобин способен
присоединять и транспортировать кислород в организме.
УЧИТЕЛЬ ХИМИИ: Вторичная,
третичная и четвертичная структуры белка образуются на основе первичной, но
отличаются тем, что являются менее прочными. Они легко рвутся под действием
температуры, изменения кислотности среды, в результате воздействия радиации,
гормонов и других факторов.
*Разрыв связей,
образующих эти структуры называется ДЕНАТУРАЦИЕЙ. Сейчас
проведем опыты, раскрывающие суть денатурации и способы выявления белков.
Оставьте свой комментарий
Авторизуйтесь, чтобы задавать вопросы.