Методическая разработка учебного занятия на тему "Белки - природные высокомолекулярные вещества"

План-конспект урока на тему «Белки – природные высокомолекулярные вещества»

Цели занятия:

Образовательные:

- способствовать формированию у обучающихся понятия "высокомолекулярные соединения" на примере белков;

-  расширить знания учащихся о белках как природных полимерах и основных компонентах живых клеток с опорой на имеющиеся знания;

- объяснить строение белковой молекулы;

-  изучить химические свойства белков;

-  раскрыть многообразие функций белков во взаимосвязи со строением и свойствами.

Развивающие:

-  развивать умения анализировать результаты химических опытов, устанавливать причинно - следственные связи;

-  развивать познавательный интерес учащихся на основе использования современных информационных технологий и интерактивных обучающих средств;

-  учить применению знаний, получаемых на уроках по одному предмету, к анализу явлений или процессов, изучаемых другими предметами;

- продолжить работу по формированию информационной культуры обучающихся;

-  формирование умений работать с информацией, её поиском и отбором содержания путем работы над опережающими заданиями;

 - способствовать развитию грамотной химической речи.

-  развивать навыки самоконтроля.

Воспитательные:

- поддерживать интерес к изучению химии;

- воспитывать сотрудничество;

-  создание в представлении учащихся целостной картины мира с его единством и многообразием свойств живой и неживой природы.

Тип занятия: урок  изучения и первичного закрепления нового материала.

Вид занятия: лекция с элементами беседы, исследовательская лабораторная работа

Методы обучения:

·       частично-поисковый;

·       исследовательский;

·       репродуктивный.

Приемы реализации методов:

·       создание проблемной ситуации;

·       интерактивные методы обучения;

·       создание заданий исследовательского характера;

·       задания на сравнение и анализ;

·       задания на самостоятельный поиск информации с использованием литературы и Интернет-ресурсов.

Формы организации познавательной деятельности:

·       коллективная;

·       групповая;

·       индивидуальная.

Комплексно-методическое обеспечение урока:

·       мультимедийная презентация;

·         видеоролик «Биосинтез белка»;

·       раздаточный материал: раствор яичного белка, р-р NaOH, р-р CuSO₄, C₂H₅OH,  р-р (СН₃СОО)₂Pb, шерсть, шелк, HNO₃ конц., штатив с пробирками, спиртовка, спички, держатель, пипетки, стеклянные палочки;

·       инструктивные карты.

Межпредметные связи: биология, медицина, экология, БЖД

Внутрипредметные связи: темы «Ароматические углеводороды», «Азотсодержащие органические вещества», «Полифункциональные соединения»

Структура урока

1.Организационный этап (1-2 мин.)

2.Мотивация учебной деятельности (2-3мин.)

3. Актуализация опорных знаний (6-8 мин.)

4. Изучение нового материала (45-50 мин.)

5. Первичное закрепление знаний (15-20 мин)

6. Подведение итогов урока (2-3 мин.)

7. Информация о домашнем задании (2-3 мин.)

Ход урока

I. Организационный момент

II. Мотивация темы и целей урока

III. Актуализация опорных знаний

1.   Что такое функциональная группа?

2.   Что значит полифункциональное соединение?

3.   Приведите примеры полифункциональных соединений?

4.   Какие вещества называют аминокислотами?

5.   Какими свойствами обладают аминокислоты?

IV. Изучение нового материала

 «Жизнь есть способ существования белковых тел» Ф.Энгельс.

Назовите ключевые слова в этом определении.  («жизнь», «белки»)

 Выскажите свои мысли, ассоциации, которые у вас возникают при слове «Белок». (Записать все прозвучавшие высказывания на доске.)

Наряду с углеводами и жирами белки являются основной составной частью нашей пищи. С белками связаны все жизненные процессы. Они входят в  состав клеток и тканей всех живых организмов. Вы, наверно, слышали о проблеме совместимости тканей при пересадке органов от одного организма к другому. Несовместимость связана, с тем, что каждый организм имеет собственный неповторимый набор белков.

Чтобы представить значение класса белков, обратимся к цифрам.

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

В организме человека более 5 млн. белков (50 % массы клетки в расчёте на сухое вещество). Без белков невозможно представить движение, способность расти, сократимость, размножение.

При исключении из рациона белков, но при достаточной калорийности пищи у живых организмов наблюдаются патологические явления: остановка роста, изменение состава крови, появляются различные заболевания и т.д.        Как вы думаете, с чем это связано? (с функциями).

Какие же функции выполняют белки? Это вы знаете из курса биологии, и для того, чтобы вспомнить этот материал, прослушаем сообщение учащегося.

Сообщение студента «Функции белков»

 1. Белки участвуют в образовании всех мембранных и немембранных структур клетки, а также внеклеточных структур. У высших животных из белков состоят стенки кровеносных сосудов, сухожилия, хрящи и т.д. Поэтому первая функция строительная (кератин, коллаген).

2. В каждой живой клетке непрерывно происходят сотни биохимических реакций. От чего зависит скорость химических реакций? (От свойств реагирующих веществ, от их концентрации, от температуры). Химическая активность веществ в клетке небольшая, концентрации незначительны, температура клеточной среды невысокая, т.е. реакции в клетке должны протекать медленно. Но это не так. Почему? Подобные результаты достигаются благодаря наличию катализаторов. Клеточные катализаторы называются ферментами. Они ускоряют реакции в миллионы раз. По химической природе почти все ферменты – белки. Таким образом, вторая  функция белков  – каталитическая.

3. Кроме двух названных, важна сигнальная функция. В поверхностную мембрану клетки встроены молекулы белков, способных изменять свою третичную структуру в ответ на действие факторов внешней среды. Так происходит прием сигналов из внешней среды и передача команд в клетку.

4. Движение, как известно, одно из проявлений жизненной активности. Все виды движений, к которым способны клетки у высших животных, в том числе и сокращение мышц, а также мерцание ресничек, движения жгутиков выполняют особые сократительные белки (актин, миозин и др.), следовательно четвертая функция – двигательная.

5. В крови, в наружных клеточных мембранах, в цитоплазме, ядре клетки есть различные транспортные белки. Так белок крови гемоглобин присоединяет кислород и разносит его по всем тканям и органам т.е. пятая функция – транспортная.

 6. Большое значение имеет защитная функция белков. При введении чужеродных белков или клеток в организм в нем происходит выработка особых белков, которые связывают и обезвреживают чужеродные клетки и вещества. В лимфоидных тканях (лимфатические железы, селезенка, вилочковая железа) производятся клетки-лимфоциты, способные синтезировать огромное разнообразие защитных белков антител. Такие антитела носят название иммуноглобулинов. Их молекулы имеют участок, узнающий “пришельца” и участок осуществляющий “расправу” с ним. Самое удивительное то, что лимфоциты способны ответить синтезом соответствующих антител на любой антиген, с которым клетка и организм даже никогда не встречались. В клетках человека и животных синтезируются также специальные противовирусные белки – интерфероны. Синтез таких белков начинается после встречи клетки с вирусной нуклеиновой кислотой. Он блокирует аппарат синтеза вирусных белков.

 7. Регуляторная функция связана с регуляторами физиологических процессов – гормонами. Многие из них также по природе своей белки. Гормоны роста, инсулин, глюкагон и другие являются белками.

8. Еще одна функция белков, вытекающая из анализа уровней структурной организации белков – энергетическая. При распаде 1 г белка до конечных продуктов выделяется около 17 кДж энергии. Однако белки используются, как источник энергии обычно, когда истощаются иные источники, такие как углеводы и жиры.

На какую функцию будут потрачены белки только в крайнем случае, если нет жиров и углеводов?

Белки – это природные высокомолекулярные соединения, построенные из остатков аминокислот, соединенных между собой пептидными (амидными) связями.

В отличие от других органических соединений белки обладают рядом особенностей. Прежде всего, белкам присуща громадная молекулярная масса. Сравните: молекулярная масса спирта – 46, уксусной кислоты – 60, а альбумина (одного из белков яйца) – 36000, гемоглобина – 152000, миозина (белок мышц) – 500000.

Все природные белки содержат пять химических элементов: С, Н₂, О₂, N₂, S.      Из других элементов встречается фосфор, реже – железо.

По химическому составу белки делят на две группы:

- протеины (простые) – белки, при гидролизе которых образуются только аминокислоты;

- протеиды (сложные) – белки, при гидролизе которых помимо аминокислот образуются и другие компоненты (остатки полисахаридов, ортофосфорной кислоты, катионы металлов и др.). 

История открытия белков (сообщение обучающегося)

Ряд ученых занимались изучением строения белков. В 1888 русский биохимик Данилевский указал на то, что в молекулах белков содержится повторяющаяся пептидная группа атомов, т.е высказывалась идея о том, что белки – это полимерные образования. В начале ХХ столетия немецкому ученому  Эмилю Фишеру удалось синтезировать соединение, в молекулы которого входило 18 остатков различных аминокислот, соединенных пептидными связями. За данное открытие немецкий ученый получил Нобелевскую  премию.

В настоящее время известно, что белки – это сложные высокомолекулярные природные соединения, молекулы которых построены из остатков 20 аминокислот, связанных между собой пептидными связями.

 Структура белка 

Каждый белок имеет свое индивидуальное и постоянное строение. Различают первичную, вторичную, третичную и четвертичную структуру белковой молекулы.

(Учащиеся по группам самостоятельно изучают первичную, вторичную и третичную структуру белка).

Первичная структура – определенная последовательность чередования аминокислотных остатков в линейной полипептидной цепи. Нарушение последовательности чередования остатков аминокислот в цепи резко изменяет свойства белка. Например, если в молекуле гемоглобина, состоящей из 574 остатков аминокислот, изменится взаимное расположение хотя бы только глутаминовой кислоты и валина, то человек окажется тяжелобольным.

Вторичная структура – форма полипептидной цепи в пространстве. Один из ее вариантов – спираль, которую можно представить в виде ленты, обвивающей поверхность цилиндра. Устойчивость спирали обеспечивается за счет образования водородных связей между атомами водорода NH-групп и атомами кислорода СО-групп основной цепи.

Третичная структура – это конфигурация, которую принимает в пространстве закрученная в спираль полипептидная цепь. Спиралевидная цепь способна сворачиваться в клубок. Образование третичной структуры белков обусловлено взаимодействием функциональных групп между собой. Например, между карбоксильной  и гидроксильной группами образуется сложноэфирный мостик, между карбоксильной и аминогруппой образуется солевой мостик, между атомами серы – дисульфидный мостик. В формировании третичной структуры белка большую роль играют и водородные связи. Вследствие этого происходит стабилизация третичной структуры белка.

Четвертичная структура – это соединенные друг с другом макромолекулы белков. Они образуют комплекс. Например, гемоглобин представляет собой комплекс из четырех макромолекул. Только при такой структуре гемоглобин способен присоединять и транспортировать кислород в организме. Четвертичную структуру имеют не все белки.

Третичная (и, если существует четвертичная) структура белка определяет его специфические свойства, физиологическую активность. Нарушение этой структуры приводит к утрате белком особых свойств – например, пропадает каталитическая активность ферментов.

Просмотр видеоролика «Биосинтез белка»

Физические свойства белков

По агрегатному состоянию различают твердые, жидкие или полужидкие (студнеобразные) белки. По растворимости в воде белки подразделяют на растворимые (глобулярные) и нерастворимые (фибриллярные).

- Работа с учебником -  стр.136, таблица 40.2 (Л.С.Гузей, Химия 11 кл.)

Химические свойства белков

Белки – это высшая форма существования органических веществ, они содержат различные функциональные группы, поэтому их нельзя отнести к определенному классу соединений. Молекулы белков содержат аминогруппы и карбоксильные группы, следовательно, они, подобно аминокислотам, обладают амфотерными свойствами и образуют соли как с кислотами, так и с основаниями.

1. Гидролиз белка. При нагревании  белков с растворами кислот или щелочей происходит гидролиз  по пептидным связям (разрушение первичной структуры). Конечным продуктом гидролиза являются аминокислоты.

 В организме человека и животных гидролиз белков протекает в более мягких условиях – под влиянием ферментов (пепсина, трипсина и др.).

2. Денатурация

Денатурация – это разрушение вторичной и третичной структур белка с сохранением первичной структуры. Она происходит под действием физических или химических факторов (нагревание до 60-100⁰С, радиация, действие солей тяжелых металлов, кислот, щелочей и т.д.). Денатурация протекает, например, при варке яиц. Денатурация белка облегчает его последующий гидролиз, который происходит при переваривании пищи. Наш организм использует для своего построения не белки пищи, а составляющие их аминокислоты.

Опыты: 1. раствор белка + С₂Н₅ОН = белый осадок;

2.раствор белка + ацетат свинца = осадок;

3. раствор белка + сульфат меди = осадок.

(Опыты выполняются учащимися первой группы).

При отравлении людей солями тяжелых металлов используют молоко, белки которого связывают ионы таких металлов.

При сильном нагревании белки разлагаются с выделением летучих продуктов, обладающих запахом жженых перьев. На этом свойстве основано обнаружение белков, установление белкового происхождения волокон (шерсть, натуральный шелк).

Если при изменении условий среды первичная структура молекулы белка остаётся неизменной, то при восстановлении нормальных условий среды полностью восстанавливается и структура белка.

Процесс восстановления структуры белка называется ренатурацией.

Это свойство белков широко используется в медицинской и пищевой промышленности для приготовления медицинских препаратов, например вакцин и сывороток, для получения пищевых концентратов, сохраняющих в высушенном виде свои питательные функции.

3. Качественные (цветные) реакции белков:

3.1 Биуретовая реакция – это качественная реакция на пептидную группу

 – NH – CO – . В щелочной среде раствор белка в присутствии солей меди (II) приобретает сине-фиолетовую окраску.

Опыт: раствор белка + NaOH  (взболтать) + CuSO₄ = фиолетовое окрашивание.

(Опыт выполняется учащимися второй группы).

3.2  Ксантопротеиновая реакция – это реакция на белки, содержащие остатки ароматических аминокислот. Такой белок при действии азотной кислоты дает желтое окрашивание (продукт взаимодействия азотной кислоты с бензольными кольцами). Эту реакцию можно наблюдать на коже рук при неосторожном обращении с азотной кислотой.

Опыт: раствор белка + НNО₃ = желтое окрашивание.

(Опыт выполняется учащимися третьей группы).

V. Закрепление изученного материала

1. Верны следующие утверждение о белках:

а) белки гидролизуются до аминов;

б) в макромолекулах белка присутствуют пептидные (амидные) связи;

 в) при гидролизе белков образуются аминокислоты;

г) в макромолекулах белков существуют водородные связи; 

д) белки дают с азотной кислотой черное окрашивание; 

е) основная функция белков в организме – энергетическая. 

2. Почему белковую пищу нельзя заменять на продолжительное время пищей, содержащей только жиры и углеводы?

3. Почему кожа желтеет при попадании на нее концентрированной азотной кислоты?

4. Как различить:

а) натуральную и искусственную кожи;

б) вискозный и натуральный шелк?

5. Почему шерстяные изделия нельзя стирать в горячей воде?

6. В организме человека и животного белки под влиянием (А) подвергаются (Б), в результате образуются (В), которые используются организмом для синтеза собственных специфических (Г).

7. Упражнение «Синквейн»

1 строчка – тема; (Белки) 

2 строчка - 2 прилагательных, которые, по вашему мнению, подходят к теме существительного; 

3 строчка - 3 глагола по теме, 

4 строчка - осмысленная фраза на данную тему, ваше отношение к ней, 

5 строчка - резюме к теме (желательно 1 слово или словосочетание), можно ассоциацию. 

Белок – носитель жизни. В осуществлении важных для организма процессов участвуют и другие вещества, но ни одно из них не может сравниться с белками по разнообразию своих функций. Белки невозможно заменить углеводами или жирами, как последние заменяют друг друга.

Поэтому белки жизненно необходимы любому организму и являются важнейшим компонентом пищевых продуктов.

Сообщение ученика «Белки в организме человека, их значение»:

 Содержание белков в различных тканях человека неодинаково. Так, мышцы содержат до 80% белка, селезенка, кровь, легкие – 72%, кожа – 63%, печень – 57%, мозг – 15%, жировая ткань, костная и ткань зубов – 14–28%. Белок – важный компонент пищи человека. Основные источники пищевого белка: мясо, молоко, продукты переработки зерна, хлеб, рыба, овощи. Потребность в белке зависит от возраста, пола, вида деятельности. В организме здорового человека должен быть баланс между количеством поступающих белков и выделяющимися продуктами распада. Для оценки белкового обмена введено понятие белкового баланса. В зрелом возрасте у здорового человека существует азотное равновесие, т.е. количество азота, полученного с белками пищи равно количеству выделяемого азота. В молодом, растущем организме идет накопление белковой массы, поэтому азотный баланс будет положительный, т.е. количество поступающего азота превышает количество выводимого из организма. У людей пожилого возраста, а также при некоторых заболеваниях наблюдается отрицательный азотный баланс. Длительный отрицательный азотный баланс ведет к гибели организма. Необходимо помнить, что некоторые аминокислоты при тепловой обработке, длительном хранении продуктов могут образовывать неусвояемые организмом соединения, т.е. становиться “недоступными”. Это снижает ценность белка. Животные и растительные белки усваиваются организмом неодинаково. Если белки молока, молочных продуктов, яиц усваиваются на 96%, мяса и рыбы – на 93–95%, то белки хлеба – на 62–86%, овощей – на 80%, картофеля и некоторых бобовых – на 70%. Однако смесь этих продуктов может быть биологически более полноценной. На степень усвоения организмом белков оказывает влияние технология получения пищевых продуктов и их кулинарная обработка. При умеренном нагревании пищевых продуктов, особенно растительного происхождения, усвояемость белков несколько возрастает. При интенсивной тепловой обработке усвояемость снижается. Суточная потребность взрослого человека в белке разного вида 1–1,5 г на 1 кг массы тела, т.е. приблизительно 85–100 г. Доля животных белков должна составлять приблизительно 55% от общего его количества в рационе.

Человек в течение длительного времени потреблял белки, выделенные главным образом из растений и животных. В последние десятилетия ведутся работы по искусственному получению белковых веществ. Половина земного шара находится в состоянии белкового голодания, а мировая нехватка пищевого белка составляет около 15 млн т в год при норме потребления белка в сутки взрослым человеком 100 г.

Заключение: Человеку всегда хотелось чуда. Одним из чудес остается возникновение жизни, превращение неживой материи в живой организм. Данное занятие дало нам возможность еще раз «приоткрыть дверь» научного познания жизни и понять, что жизнь и белки неразрывно связаны. Чтобы ответить на вопрос, что такое жизнь, надо ответить, что такое белки. Насколько многообразен белок, настолько сложна, загадочна и многолика сама жизнь. Подтверждение этого высказывание Гёте о том, что мир бы не мог существовать, если бы был так просто устроен.

VI. Подведение итогов урока

VII. Информация о домашнем задании

40.4, конспект, написать уравнения реакций, с помощью которых  можно осуществить превращения: этан – бромэтан – этанол – этаналь – уксусная кислота – хлоруксусная кислота – аминоуксусная кислота.

Современный урок – это прежде всего урок, на котором преподаватель умело использует все возможности для развития личности учащегося, ее активного умственного роста, глубокого и осмысленного усвоения знаний для формирования ее нравственных основ (самодеятельность, самоорганизация, коллективная деятельность, ответственность).