Урок "Состав и функции белков"

Рабочий лист

Блок № 1

1. Таблица 1. Функции белков.

Функциональные классы белков	Биологические функции	Примеры

2. Напишите общую формулу аминокислоты. Укажите функциональные группы, входящие в состав аминокислот.

3.Заполните таблицу.

№ пробирки,  название кислоты	Что наблюдал	Вывод
1.Глицин
2.Глутаминовая кислота
3.Лизин

4. Как называется связь между молекулами аминокислот  в молекуле белка?

5. Таблица 2. Уровни организации белка

Уровень организации	Тип связи	Форма молекулы

6. Основные свойства белка.

Рабочий лист

Блок №2

1. Таблица 1. Функции белков.

Функциональные классы белков	Биологические функции	Примеры

2. Как называется связь между молекулами аминокислот  в молекуле белка

3.Заполните таблицу.

Что делал	Что наблюдал	Вывод

4. Таблица 2. Уровни организации белка

Уровень организации	Тип связи	Форма молекулы

5. Напишите общую формулу аминокислоты. Укажите функциональные группы, входящие в состав аминокислот.

6. Основные свойства белка.

Рабочий лист

Блок №3

1. Таблица 1. Функции белков.

Функциональные классы белков	Биологические функции	Примеры

2. Основные свойства белка.

3.Заполните таблицу.

Что делал	Что наблюдал	Вывод

4. Напишите общую формулу аминокислоты. Укажите функциональные группы, входящие в состав аминокислот.

5. Как называется связь между молекулами аминокислот  в молекуле белка?

6. Таблица 2. Уровни организации белка

Уровень организации	Тип связи	Форма молекулы

Информационный лист № 1

Вопрос: Каково строение молекулы белка?

Алгоритм работы:

1.      Изучите текст.

2.      На рабочем листе схематично отобразите изученную информацию.

3.      Выполните опыт.

4.      Приготовьтесь к комментарию изученного материала.

Строение белков

Вещества белковой природы известны с древних времен. Начало их  изучения  положено в середине 18 века итальянцем Я.Беккари, но только через 100 лет ученым удалось систематизировать свойства изученных белков, определить их состав и сделать вывод, что белки – это главный компонент живых организмов. Затем из белковых гидролизаторов были получены продукты расщепления и возникли гипотезы о строении белков из аминокислот. Немецкий химик Эмиль Фишер первым выяснил, как построены молекулы белков, и заложил основы их химического синтеза. В начале 20 века Фишер доказал пептидную теорию строения белков, синтезировав полипептиды, состоящие из 3-18 аминокислот.

Каково же строение молекулы белка?

Белки – это сложные органические соединения, состоящие из углерода, водорода, кислорода и азота. В некоторых белках содержится ещё и сера. Часть белков образует комплексы с другими молекулами, содержащими фосфор, железо, цинк и медь. Белки – это макромолекулы, молекулярная масса которых колеблется от нескольких тысяч до нескольких миллионов. В природных белках встречается 20 различных аминокислот. Каково же строение аминокислоты?

Общая формула аминокислот:

                                                                           R

                                                                           l

                                                              H₂N ─ CH ─ COOH

Молекула аминокислоты состоит из двух одинаковых для всех аминокислот частей, одна из которых является аминогруппой (–NH₂) с основными свойствами, другая – карбоксильной группой (–COOH) с кислотными свойствами. Часть молекулы, называемая радикалом, у разных аминокислот имеет различное строение. Наличие в одной молекуле аминокислоты и основной, и кислотной групп обуславливает их амфотерность и высокую реактивность. Через эти группы происходят соединения аминокислот при образовании белка.

Опыт № 1

Инструктивная карточка

Тема: Химический состав белков.

Цель: Изучить свойства аминокислот.

Оборудование: пробирки, штатив, аминокислоты, лакмус, растворы глицина,  глутаминовой кислоты и лизина

Ход работы:

1. В пробирки с растворами кислот добавьте  несколько капель лакмуса или лакмусовую бумагу.
2. Свои наблюдения оформите в таблице на рабочем листе

     3.  На основе наблюдения сделайте вывод о свойствах аминокислот.

Информационный лист № 2

Вопрос: Какова структура белковой молекулы?

Алгоритм работы:

5.      Изучите текст.

6.      На рабочем листе схематично отобразите изученную информацию.

7.      Выполните опыт.

8.      Приготовьтесь к комментарию изученного материала.

Наличие в одной молекуле аминокислоты и основной, и кислотной групп обуславливает их амфотерность и высокую реактивность. Через эти группы происходят соединения аминокислот при образовании белка.

В ходе реакции поликонденсации выделяется молекула воды, а освободившиеся электроны образуют ковалентную связь, которая получила название пептидной – образуется пептид. К свободным карбоксильной и аминогруппе могут присоединяться другие аминокислоты, удлиняя «цепь», называющуюся полипептидной. На одном конце такой цепи всегда будет группа NH₂ (этот конец называется N – концом), а на другом конце – группа COOH (этот конец получил название С – конца)

Схема образования пептидной связи:

             R₁   O               H    R₂                                         H    H     O    H    H

             |      |                  |     |                               |       |      |      |       |

H₂N – C – C    +         N – C – C OOH → H─ N – C –  C ─ N – C ─ COOH + H₂O

             |      |                 |      |                                      |                     |

            H   OH            H    H                                    R₁                          R₂

  Для доказательства наличия пептидных связей проведем опыт.

Опыт № 2

Инструктивная карточка

Тема: Тип связи в молекулах белка

Цель: Доказать наличие пептидной связи в молекуле белка

Оборудование: пробирки, штатив, белок, растворы гидроксида натрия и сульфата меди (II)

Ход работы:

1. К 2 мл раствора белка добавьте такой же объем 10% раствора гидроксида натрия;

2. К смеси прилейте 2 -3 капли раствора сульфата меди (II);

3. Пробирку встряхните и наблюдайте изменение цвета.

4. Результаты запишите в таблицу на рабочем листе

5. Сделайте вывод.

Молекулы белков могут принимать различные пространственные формы – конформации, которые представляют собой четыре уровня их организации.

Уровни организации белковой молекулы.

Первичная структура.

Под первичной структурой белка понимают число и последовательность аминокислот, соединенных друг с другом пептидными связями в полипептидной цепи. Первичная структура уникальна для каждого белка и определяет его форму, свойства и функции.

Вторичная структура.

Вторичная структура возникает в результате образования водородных связей между аминной и карбоксильной группами разных аминокислот. Наиболее часто вторичной структурой белка является спираль. Радикалы аминокислотных звеньев обращены наружу, что позволяет их функциональным группам вступать в разнообразные химические реакции.

Третичная структура – это реальная трехмерная  конфигурация закрученной спирали, образующей глобулы (клубки) или фибриллы (волокна). В образовании данной структуры играют роль различные взаимодействия: водородные, ионные, дисульфидные, гидрофобные.

Четвертичная структура.

 Она возникает в результате соединения нескольких глобул в сложный комплекс. Например, гемоглобин крови человека представляет комплекс из четырех субъединиц.

Информационный лист № 3

Вопрос: Каковы свойства белковой молекулы?

Алгоритм работы:

9.      Изучите текст.

10.  На рабочем листе схематично отобразите изученную информацию.

11.  Выполните опыт.

12.  Приготовьтесь к комментарию изученного материала.

Свойства белков.

Белки обладают рядом характерных свойств:

·         Белковые растворы отличаются вязкостью.

·         Способны рассеивать свет

·         Денатурировать

Процесс нарушения природной структуры белка называют денатурацией. В зависимости от воздействия на белок денатурацию называют тепловой или химической. Примером тепловой денатурации является свертывание при нагревании белка куриного яйца. Свернувшийся таким образом белок  после охлаждения оказывается нерастворим. Это пример необратимой денатурации. Подобный результат можно наблюдать и в случае химической денатурации при добавлении к раствору белка кислот или щелочей, спирта, ацетона, различных моющих средств. Кроме того, денатурация может происходить в результате действия какого-либо излучения, например, ультрафиолетового.  Денатурация может быть обратимой и необратимой. Обратимая денатурация – частичное разрушение пространственной структуры белка. Возможен обратный процесс – ренатурация. Необратимая денатурация – полное разрушение пространственной структуры белка, приводящее к потере биологической активности. (Ренатурация невозможна)

Для демонстрации денатурации проведите следующие опыты.

Инструктивная карточка

Тема: Свойства белков

Цель: изучить причины денатурации белка.

Оборудование: пробирки, штатив, белок, растворы хлорида натрия и сульфата меди (II), стаканчики с водой.

Ход работы:

Опыт № 1

1. К раствору белка добавьте хлорид натрия;

2. Пронаблюдайте и объясните наблюдения;

3. Добавьте воды до растворения белка;

4. Результаты запишите в таблицу на рабочем листе

5. Сделайте вывод.

Опыт № 2

1. К раствору белка добавьте концентрированный раствор сульфата меди (II);

2. Пронаблюдайте и объясните наблюдения;

3. Добавьте воды;

4. Результаты запишите в таблицу на рабочем листе

5. Сделайте вывод.

Как денатурация белка отражается на организме человека?

Состав и функции белков

Цель урока: продолжить углубление и расширение знаний о химическом составе клетки, раскрыв состав и функции белков

Задачи  урока:

Образовательные:

1.     Расширить и углубить знания учащихся  о важнейших органических веществах в клетке на основе изучения строения и функции белков.

2.     Раскрыть состав и строение белков.

3.     Раскрыть функции белков, показать их разнообразие и значимость для жизнедеятельности живых организмов.

Развивающие:

1.     Сформировать у учащихся познавательный интерес к процессу изучения функций белков в клетке и организме.

2.     Продолжить формирование умений выявлять связь между строением и функциями

Тип урока: урок изучения нового материала.

Форма проведения: групповая работа.

Методы: фронтальная беседа, проблемные вопросы.

Оборудование: штативы, пробирки, реактивы: растворы гидроксида натрия, хлорида натрия, сульфата меди, глицин, глутаминовая кислота, лизин, лакмусовая бумага, мультимедийный проектор, презентация  (приложение 1)

Ход урока:

1. Приветствие. Здравствуйте! Я очень рада видеть вас в этой аудитории. Меня зовут Чернова Ольга Геннадьевна. Я учитель биологии средней школы №33.

2. Мотивация учебной деятельности. Начать урок я хочу словами Сергея Яковлевича Надсона: (слайд 1)

Меняя каждый миг свой образ прихотливый

Капризна, как дитя, и призрачна, как дым,       

Кипит повсюду ЖИЗНЬ в тревоге суетливой,

Великое смешав с ничтожным и смешным

Что такое жизнь? Откуда она взялась на Земле? Эти вопросы давно интересовали людей в разные времена.

Академик Опарин говорил:

«Путь к живым организмам лежит через белки. Жизнь и белки – понятия неотделимые одно от другого»

Белок - основа жизни, верно ли это? Вот основной проблемный вопрос нашего урока.

Поэтому тема нашего урока – Состав и функции белка.  (слайд 2)                         

3. Новый материал.    Белки – это сложные органические вещества, состоящие из углерода, кислорода, водорода, азота. В некоторых молекулах белков содержится железо, сера, фосфор, цинк, медь и др. Белки, или протеины – это биополимеры, нерегулярные полимеры.

Белков в клетках больше, чем каких бы то ни было других органических веществ. На их долю приходится в среднем около  50 %  общей массы клетки. Так, например, в мышцах на долю белка приходится 80%, в коже-63%, печени – 57%, мозге - 45%, костях - 28%. Интересны формулы некоторых белков. Так, формула всем нам известного гемоглобина, белка крови, C₃₀₃₂ H₄₈₁₆ O₈₇₂ N₇₈₀ S₈ Fe₄ . Глядя на формулу гемоглобина, какой можно сделать вывод? Молекулярные массы молекул огромны: белок куриного яйца 36 000, белок мышц 1500 000.  (слайд 3)                                                                                                          

4.   Итак, вернемся к нашему проблемному вопросу. Для ответа  на этот вопрос мы проведем небольшое исследование. Любое исследование всегда подразумевает изучение теории, т.е. изучение литературы на эту тему. Мы с вами пойдем от противного, и начнем разговор с функций. В течение всего урока мы работаем на рабочих листах, которые перед вами. (приложение 2)                                                      

        Давайте вспомним, какие функции выполняют белки в клетке? (Рассказ о функциях или фронтальная беседа). (слайды 4-14)

 Функции белков

Белки выполняют чрезвычайно важные и многообразные функции. Всего функций белков насчитывается около 30. Мы рассмотрим лишь главные из них.

1. Структурная или строительная. Белки являются основой всех биологических мембран, всех органоидов клетки. Многие белки образуют волокна, перевитые друг с другом или уложенные плотным слоем. Они выполняют опорную или защитную функцию, скрепляя биологические структуры и придавая им прочность. Так, коллаген является важным составным компонентом соединительной ткани (хрящей и сухожилий), кератин – компонентом перьев, волос, ногтей, эластин – эластичный компонент связок, стенок кровеносных сосудов.

2.Двигательная. Некоторые белки наделяют клетку или организм способностью сокращаться, изменять форму или передвигаться. Актин и миозин представляют собой нитевидные белки, функционирующие в сократительной системе скелетной мышцы, а также во многих немышечных клетках. Другим примером таких белков служит тубулин – белок, из которого построены микротрубочки, являющиеся важным элементом ресничек и жгутиков, при помощи которых клетки передвигаются.

3. Важное значение имеет транспортная функция. Так, гемоглобин переносит кислород из легких к клеткам других тканей и органов. Транспортные белки в наружной мембране клеток переносят различные вещества из окружающей среды в цитоплазму. Белки сыворотки крови способствуют переносу липидов и жирных кислот, различных биологически активных веществ.

4. Специфические белки выполняют защитную функцию. Они предохраняют организм от вторжения чужеродных белков и микроорганизмов. Так, антитела, вырабатываемые лимфоцитами, блокируют чужеродные белки; фибрин и тромбин предохраняют организм от кровопотери.

5. Регуляторная функция присуща белкам – гормонам. Они поддерживают постоянные концентрации веществ в крови и клетках, участвуют в росте, размножении и других жизненно важных процессах. Например, инсулин регулирует содержание сахара в крови.

6. Рецепторная. С помощью этих белков клетка воспринимает информацию о состоянии внешней среды, сигналы от низкомолекулярных физиологически активных веществ. Они играют важную роль при передаче нервного возбуждения

7.Энергетическая. Белки могут служить источником энергии для клетки. При недостатке углеводов или жиров окисляются молекулы аминокислот. Освободившаяся при этом энергия используется на поддержание процессов жизнедеятельности организма.

8. Токсическая. Многие живые организмы для обеспечения защиты выделяют  белки – токсины, которые в большинстве случаев являются сильными ядами.

9.Ферментативная. В каждой живой клетке непрерывно происходят сотни биохимических реакций, в ходе которых идут распад и окисление поступающих извне питательных веществ. Клетка использует энергию, полученную  вследствие их окисления, продукты расщепления служат для синтеза необходимых клетке органических соединений. Быстрое протекание реакций обеспечивают биокатализаторы – ферменты. Известно более двух тысяч ферментов, каждый из которых способен осуществлять от тысячи до сотен тысяч реакций в минуту. В ходе биохимических превращений ферменты не расходуются. Они соединяются с реагирующими веществами, ускоряет их превращения и выходит из реакции неизменным. Ферменты выполняют работу наилучшим образом только при оптимальной температуре.

9.Запасающая. В семенах многих растений запасены пищевые белки, потребляемые зародышем на первых стадиях развития. Наиболее известны такие белки в семенах кукурузы, пшеницы, риса.

5.   Как мы видим, белки выполняют огромное количество функций. Как вы думаете, с чем это связано? Почему такое многообразие функций? Вот еще один проблемный вопрос.

        Для его решения проведем небольшую практическую работу. Для этого делимся на 3 группы по рядам. Первая выясняет состав белковой молекулы. Вторая -  её структуру. Третья – изучает свойства белков. Перед вами информационные листы (приложение 3) Внимательно изучите алгоритм работы. В своем рабочем листе отобразите основные моменты вашей работы. Затем, мы посмотрим, что у нас получилось.            

6. Итоги работы в группах                                                                   

1 группа. Выводы: мономеры белков – аминокислоты, строение. Амфотерность. 20 аминокислот  Рассказ об опыте.

Есть АК с основными свойствами (лизин; 2 аминогруппы), есть с кислотными (глутаминовая кислота; 2 карбоксильные группы)

2 группа. Пептидная связь.

Доказательства пептидной связи. Рассказ об опыте

Структуры белка.  

Вывод: белки очень разнообразны, так как каждый из них характеризуется специфической последовательностью аминокислот. Свойства белков зависят от химического строения.

3 группа Денатурация. Её значение. Повышенная температура тела, спирт и т.д. Денатурация приводит к нарушению антигенной чувствительности белка, а иногда к полному блокированию иммунных реакций, к инактивации ферментов, нарушению обмена веществ. Ученые предполагают, что процессы старения связаны с медленной денатурацией.

Рассказ об опыте.

7. Строение изучили, изучили и функции. Давайте вернемся к нашему проблемному вопросу. Белки – основа жизни?

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

Если остается время: либо тест, либо ответ на вопрос:

          Довольно часто происходит такое явление: животные получают достаточно калорийную пищу, но при отсутствии в ней белка, наблюдается отставание в росте, изменение в составе крови и пр. Объясните причины этих негативных явлений.

• 1 слайд

  Состав и функции белков
  

• 2 слайд

  Белки, или протеины – это биополимеры
  С – 54 %
  О – 23 %
  N – 17 %
  H – 7 %
  S – 2 %
  P, Fe, Mn, Mg, Cu, Zn…
  C3032H4816O872N780S8Fe4
  Мышцы – 80%
  Кожа – 63%
  Печень – 57%
  Мозг – 45%
  Кости – 28%
  
  Mr (белок куриного яйца) = 36 000
  Mr (белок мышц) =
  1 500 000
  

• 3 слайд

  Функции белков
  Структурная функция
  

• 4 слайд

  9. Каталитическая функция
  крахмал
  амилаза
  мальтоза
  мальтаза
  
  глюкоза
  

• 5 слайд

  2. Двигательная функция
  

• 6 слайд

  3. Транспортная функция
  

• 7 слайд

  4. Защитная функция
  
  
  

• 8 слайд

  5. Регуляторная функция
  

• 9 слайд

  6. Рецепторная функция
  

• 10 слайд

  7. Энергетическая функция
  1 г белка = 17, 6 кДж энергии
  

• 11 слайд

  10. Запасающая функция
  

• 12 слайд

  8. Токсическая функция
  

• 13 слайд

  Состав и строение белков
  Молекула аминокислоты состоит из двух одинаковых для всех аминокислот частей, одна из которых является аминогруппой (—NH2) с основными свойствами, другая — карбоксильной группой (—СООН) с кислотными свойствами. Наличие в одной молекуле и основной, и кислотной групп обуславливает их амфотерность.
  

• 14 слайд

  Образование пептидной связи
  

• 15 слайд

  Структурная организация белка
  Молекулы белков могут иметь различные пространственные конфигурации, и в их строении различают четыре уровня структурной организации
  

• 16 слайд

  Денатурация белка