Биополимеры (белки), их строение и основные свойства. Роль в живых организмах

МИНИСТЕРСТВО  НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

 РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное автономное образовательное

учреждение высшего образования

«КРЫМСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ имени В.И. Вернадского»

(ФГАОУ ВО «КФУ им. В.И.Вернадского»)

ПРИБРЕЖНЕНСКИЙ АГРАРНЫЙ КОЛЛЕДЖ (ФИЛИАЛ)

Методическая разработка урока  по  химии и биологии

«Биополимеры (белки), их строение и основные свойства. Роль в живых организмах"

для обучающихся 1 курса

Автор: преподаватель общеобразовательных и социально- гуманитарных дисциплин первой квалификационной категории Т. П. Пронь

Рецензент: преподаватель высшей квалификационной категории С. К. Моргунский

                                         с. Прибрежное 2024 г.

Методическая разработка  рассмотрена и утверждена на заседании цикловой методической комиссии общеобразовательных и социально –гуманитарных дисциплин.

                                Рассмотрено и одобрено на заседании цикловой

                                методической комиссии общеобразовательных и

                                социально- гуманитарных дисциплин

Протокол  №__  от  « __ »  _________  2024 г.

Председатель цикловой комиссии _____ А.А.Дьяволова

Содержание

                                                                                            стр

1. Введение…………………………………………………………………4

2. Основная часть…………………………………………………………..5

2.1. Теоретическая часть…………………………………………………..5

2.2. Практическая часть……………………………………………………13

3. Закрепление………………………………………………………………25.

4. Подведение итогов…………………………………………………….....27

5. Литература……………………………………………………………….29

6. Приложения…………………………………………………………….. .30

1. Введение

     Данный урок разработан в соответствие с программой по химии и биологии ,  проводится для обучающихся 1 курса. Комбинированный метод обучения (словесно-наглядный) с использованием проблемного изложения и информационных технологий, способствует активизации познавательной деятельности обучающихся, их самостоятельности и творчеству, прививает интерес к предметам. На уроке представлена технология проблемного и критического мышления, которая рассматривается в педагогике как наиболее успешная. А использование в учебном процессе практических работ и заданий исследовательского характера способствует мотивации для обобщения учебного материала, расширяет возможности для индивидуального и дифференцированного подхода к обучению, повышает творческую активность, позволяет расширить кругозор обучающихся.   Прикладная направленность создает условия для выработки у обучающихся умений применять полученные знания при решении реальных задач повседневной жизни и грамотно обращаться с лекарственными препаратами.

Цель занятия: ознакомить обучающихся с природными полимерами - белками. Раскрыть биологическое значение в жизни человека. Дать характеристику как важнейшим составляющим частям пищи. Способствовать развитию познавательного интереса; формировать навыки сотрудничества, коллективного взаимодействия.

Задачи урока:

а) обучающие:

• углубить знания об особенностях строения белков,
• изучить свойства белков,
• ознакомить с функциями белков в живых организмах

б) развивающие:

• развивать логическое мышление, умение сравнивать, обобщать, анализировать, делать выводы, развивать экспериментальные навыки, умение работать в малых группах,
• продолжить формирование навыков самостоятельной работы учащихся, совершенствовать навыки работы учащихся в малых группах.

в) воспитывающие:

• воспитать сознательное отношение к здоровому образу жизни,
• совершенствовать коммуникативные умения учащихся в совместной деятельности.

          Данный урок способствует формированию учебно-познавательных компетенций.

          Форма организации учебной деятельности на уроке в парах исключительно эффективна при проведении практических работ, а также она способствует формированию коммуникативной компетенции.

          Фронтальная форма организации способствует установлению особенно доверительных отношений, позволяет учить рассуждать и находить ошибки, активизировать деятельность обучающихся.

          Практическая работа используется как средство контроля сформированности практических умений и навыков.

           Данная методическая разработка способствует развитию знаний и умений обучающихся, постепенному и целенаправленному развитию познавательных потребностей, установке на самостоятельное пополнение знаний. Разработка должна помочь обучающимся сформировать следующие универсальные учебные действия:

1) личностные УУД : научиться общаться со сверстниками, отстаивать свою точку зрения в процессе беседы,  показывать свою убежденность в вопросах значения химических знаний в повседневной жизни;

2) регулятивные УУД: организовывать свое рабочее место под руководством преподавателя, определять цель и составлять план выполнения задания; развивать практические навыки и умения при решении повседневных проблем , связанных с химией; использовать в своей деятельности оборудование и реактивы;

3) познавательные УУД : научиться выполнять творческие задания для самостоятельного получения и применения знаний; устанавливать причинно- следственные связи; выдвигать гипотезы и обосновывать их; формулировать проблемы;

4) коммуникативные УУД; участвовать в диалоге на занятии и в жизненных ситуациях; сотрудничать с однокурсниками в поиске и сборе информации; принимать решения и реализовывать их; точно выражать свои мысли;

Методические приемы: межпредметная беседа, презентации, химический эксперимент.

Тип занятия: экспериментально- поисковый

Содержание урока соответствует теоретическому материалу курса химии.

2. Основная часть

           2.1. Теоретическая часть

Тема урока: Биополимеры (белки), их строение и основные свойства. Роль в живых организмах.

С полным основанием можно утверждать,

что белки – самые важные из всех веществ,

входящих в состав организмов животных

и растений.

Л. Полинг

Проблема: ПОЧЕМУ?

Цель - ознакомить обучающихся с природными полимерами - белками. Раскрыть биологическое значение в жизни человека. Дать характеристику как важнейшим составляющим частям пищи. Способствовать развитию познавательного интереса; формировать навыки сотрудничества, коллективного взаимодействия.

Задачи урока:

а) обучающие:

• углубить знания об особенностях строения белков,
• изучить свойства белков,
• ознакомить с функциями белков в живых организмах

б) развивающие:

• развивать логическое мышление, умение сравнивать, обобщать, анализировать, делать выводы, развивать экспериментальные навыки, умение работать в малых группах,
• продолжить формирование навыков самостоятельной работы учащихся, совершенствовать навыки работы учащихся в малых группах.

в) воспитывающие:

• воспитать сознательное отношение к здоровому образу жизни,
• совершенствовать коммуникативные умения учащихся в совместной деятельности.

Тип: урок комбинированный.

Вид:  интегрированный урок

Методы: иллюстративный, проблемный, практический

Формы работы: работа в группах, лабораторный опыт.

Норма времени: 2 ак. часа

Оборудование: компьютер, экран, держатели, штатив с пробирками, стакан с водой, песок, ступка, технологическая карта опыта, конспект.

Ход урока

1. Организационный момент (взаимное приветствие, проверка присутствующих)

2. Актуализация знаний

1) Каков химический состав клетки? (По содержанию в клетке можно выделить три группы элементов. В первую группу входят кислород, углерод, водород и азот. На их долю приходится почти 98% всего состава клетки. Во вторую группу входят калий, натрий, кальций, сера, фосфор, магний, железо, хлор. Их содержание в клетке составляет десятые и сотые доли процента. Элементы этих двух групп относят к макроэлементам (от греч. макрос - большой).
Остальные элементы, представ ленные в клетке сотыми и тысячными долями процента, входят в третью группу. Это микроэлементы (от греч. микро - малый). (картофель вареный, картофель сырой, мясо вареное, мясо сырое), пероксид водорода.)

2) Каких веществ органической природы в клетке больше?

( Из неорганических веществ, в клетке больше всего воды (от 40 до 95%), среди органических соединений в клетках животных преобладают белки (10-20%), а в клетках растений – полисахариды (клеточная стенка состоит из целлюлозы, а основное запасное питательные вещество растений – крахмал).
3) О чем свидетельствует сходство химического состава клеток? (Сходство биохимического состава клеток разных организмов свидетельствует о происхождении данных организмов от общего предка или же о происхождении одного из организмов от другого в ходе эволюции.)

4) Что называется полимерами?

(Полимерами называют высокомолекулярные вещества, молекулы которых состоят из многократно повторяющихся элементарных звеньев одинаковой структуры. Эти элементарные звенья соединены между собой ковалентными связями в длинные цепи различного строения (линейные, разветвленные) или же образуют жесткие и пластичные пространственные решетки.)

5) Что называется биополимерами?

(Биополиме́ры — класс полимеров, встречающихся в природе в естественном виде, входящие в состав живых организмов: белки, нуклеиновые кислоты, полисахариды, лигнин)

3. Мотивация учебной деятельности.

Преподаватель биологии: - Добрый день, мы рады приветствовать вас.. Сегодня у нас необычный урок, а бинарный. Он охватывает проблемы химии и биологии одновременно.  

   “Жил мудрец, который знал все. Один человек захотел доказать, что мудрец знает не все. Зажав в ладонях бабочку, он спросил: “Скажи, мудрец, какая бабочка у меня в руках: мертвая или живая?” А сам думает: “Скажет живая – я ее умерщвлю, скажет мертвая – выпущу”. Мудрец, подумав, ответил: “Все в твоих руках”.
В наших руках сегодня создать такую атмосферу на уроке, при которой все будут чувствовать себя комфортно.

      -Давайте вспомним, любой живой организм состоит из веществ, которые подразделяются на 2 какие группы? (органические и неорганические).

-К органическим относят? (белки, жиры, углеводы и нуклеиновые кислоты), --А к неорганическим (вода и минеральные соли).

Так вот один из этих веществ – это тема нашего сегодняшнего урока, а какой конкретно попробуйте определить сами, используя несколько подсказок, которые мы вам предложим:

1. В организме человека их около 5 миллионов.

2. В 2 раза их больше в животной клетке, чем в растительной.

3. Это органические вещества.

4. Составляют 50% сухой массы клетки.

5. Второе название протеины, латинское название Protos, что в переводе обозначает – первый.

 Совершенно верно, это белки .

Эпиграфом к нашему уроку мы взяли небольшое четверостишие:

« Белки, жиры и углеводы,

Пройдут века, эпохи, годы,

К вам мы прикованы на век,

Без вас немыслим человек!»

     В Библии сказано: "Вначале было Слово". Современная книга о происхождении жизни по аналогии могла бы начинаться фразой "Вначале был белок". Со слов Ф.Энгельса: «Жизнь - есть способ существования белковых тел». Сегодня мы должны установить: не устарело ли определение, данное Энгельсом более 100 лет назад?

План урока:

1.История открытия  белка.

2.Классификация белков

3. Строение белков

4. Структура белков

5. Свойства белков

6. Функции белков

7. Биологическое значение белков

8. Белки и пища

  1.История открытия белков

Преподаватель  химии:

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

   В 1754 г. итальянский учёный Я.Б.Беккари опубликовал отчёт о работе, выполненной в 1728 г. Он выделил из пшеничной муки клейкую массу -  клейковину. Оказалось, что клейковина, вещество растительного происхождения, напоминала по свойствам продукты, которые можно было получать из животных организмов. Беккари сделал вывод о существовании особых веществ, присущих и растениям, и животным. Эта работа положила начало изучению белков.

       В 1888 г. русский учёный биохимик А.Я.Данилевский на основании своих опытов впервые высказал гипотезу о пептидной связи между остатками аминокислот в белковой молекуле.

     В 1899 г. исследованием белков занялись немецкие химики-органики Эмиль Фишер и Франц Гофмейстер. Они высказали предположение: в белках аминокислоты связаны за счёт аминогруппы одной кислоты и карбоксила другой. При образовании такой связи выделяется молекула воды.

   Эта гипотеза была блестяще подтверждена экспериментально в 1907 г. и получила название «полипептидная теория». Что же представляют из себя белки в химическом смысле? Еще к началу XIX века было установлено, что все белковые молекулы имеют большую молекулярную массу и состоят из атомов углерода, водорода, кислорода, азота, и серы.
Основоположником исследований строения белка является немецкий химик Эмиль Фишер, применивший для этого реакцию гидролиза. Он показал, что при гидролизе белков образуется смесь, состоящая из 20 различных аминокислот   

2.Классификация белков.

Преподаватель биологии  

       В природе встречается много белков, разнообразных по своим биологическим свойствам, но близких по химическому составу. Однако знаний о структуре многих белков недостаточно, поэтому пока невозможно создать стройную классификацию белков на основе их химического строения.

    По степени сложности белки делятся на две группы:

Белки

протеины               протеиды

Протеины – простые белки, которые состоят только из остатков аминокислот, при гидролизе таких белков образуются только аминокислоты.

Термин «протеин» от греческого слова «протейос»- первый и отражает тот факт, что эти вещества встречаются во всех формах живой материи.

Протеиды – сложные белки, которые кроме белковой части молекулы, состоящей из аминокислот, содержат и небелковую часть, называемую простетической группой, в ее состав входят фосфорная кислота, азотистые основания и т.д.

Первый белок, с которым мы знакомимся в своей жизни, это белок куриного яйца альбумин - хорошо растворим в воде, при нагревании свертывается (когда мы жарим яичницу), а при долгом хранении в тепле разрушается, яйцо протухает. Но белок спрятан не только под яичной скорлупой. Волосы, ногти, когти, шерсть, перья, копыта, наружный слой кожи - все они почти целиком состоят из другого белка, кератина. Кератин не растворяется в воде, не свертывается, не разрушается в земле: рога древних животных сохраняются в ней так же хорошо, как и кости.

Гемоглобин - это сложный железосодержащий белок, находящийся в эритроцитах (красных кровяных тельцах, переносящих кислород из легких к тканям). Насыщение тканей кислородом, циркуляция кислорода в крови - главная функция гемоглобина в организме человека.

А белок пепсин, содержащийся в желудочном соке, способен разрушать другие белки, это процесс пищеварения. Белок инрерферон применяется при лечении насморка и гриппа, т.к. убивает вызывающие эти болезни вирусы. А белок змеиного яда способен убивать человека

        Инсулин отвечает за хранение энергетических запасов и рост мышечной массы. Его основная задача — доставка глюкозы (углеводов), аминокислот и  жиров в клетки. Гормон инсулин - жизненно важный в небольших количествах, но смертельно опасный, если его слишком много.

Если же вы не будете приводить уровень инсулина в норму, у вас может возникнуть диабет, закупорка артерий, серьезные заболевания сердца и в конце концов наступит преждевременная смерть.

• альбумин - яичный белок
• кератин - рога, шерсть
• коллаген - кожа
• гемоглобин - кровь
• фибрин, фибриноген - кровь
• пепсин - желудочный сок
• трипсин - поджелудочный сок
• миозин - мышцы
• глобулин - вакцина
• родопсин - зрительный пурпур
• лиозин - слюна
• инсулин - гормон поджелудочной железа

3. Строение белков

Преподаватель химии: Как устроен белок? Естественно очень сложно. Некоторые формулы белков:

Белки – это сложные высокомолекулярные природные соединения, построенные из -аминокислот.

В состав белков входит 20 различных аминокислот, отсюда следует огромное многообразие белков при различных комбинациях аминокислот. Как из 33 букв алфавита мы можем составить бесконечное число слов, так из 20 аминокислот – бесконечное множество белков. В организме человека насчитывается до 100 000 белков.
Число аминокислотных остатков, входящих в молекулы, различно: инсулин – 51, миоглобин – 140. Отсюда M_r белка от 10 000 до нескольких миллионов.

Аминокислота- это мономер белковой молекулы.

Молекула белков имеет большие размеры, поэтому их называют макромолекулами.

Белки образуются на рибосомах, ЭПС и цитоплазме.

Общая формула аминокислот:

4. Структура белков

Белки имеют 4 основных структуры: первичную, вторичную, третичную, четвертичную .

4.   

Выделяют четыре типа организации структуры белка в зависимости от сложности:

• первичная – линейная;
• вторичная – закручена в спираль;
• третичная – плотно упакованные вторичные белки (глобулярные);
• четвертичная – несколько третичных белков, образующих комплекс.

5.Свойства  белков:

а) Физические свойства.

Преподаватель  биологии. 

            Живая природа характеризуется рядом свойств, отличающих ее от неживой природы, и почти все эти свойства связаны с белками. Молекула белка очень длинная,  называются такие молекулы полимерными, от греческого « poly» - много, «meros»- доля, часть.

          Установлено, что белки могут иметь весьма различные размеры и форму. Молекулярная масса белков от 5-10 тыс. до 1млн. Это бесцветные вещества, не имеющие вкуса, лишены запаха, а при нагревании разлагаются, без плавления. Белки горят с образованием азота, углекислого  газа и воды, а также других веществ. Горение сопровождается запахом жжённого пера

Есть белки растворимые и нерастворимые в воде. Это зависит от их третичной структуры.

Глобулярные белки (сферопротеины) являются растворимыми.

          Большинство белков образуют коллоидные растворы, доказательством чего служит их способность рассеивать свет – эффект Тиндаля (хорошо виден конус).

Фибриллярные белки (склеропротеины) – кератин волос, сухожилий, костей, придающие тканям механическую прочность являются нерастворимыми.

б) Белки – амфолиты.

в) Пенообразование.

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

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

            Одним из свойств белков, имеющих практическое применение является пенообразование. Пенообразование – это способность белков образовывать высококонцентрированные системы, «жидкость – газ» называемые пенами. Белки в качестве пенообразователей используются в кондитерской промышленности (пастила, зефир, суфле). Структуру пены имеет хлеб, а это влияет на его вкусовые качества.

г) Гидролиз белков.

Преподаватель химии. 

В живом организме происходят два взаимопротивоположных  процесса: синтез белков и гидролиз белков, конечными продуктами которого являются аминокислоты.

         Гидролиз белков – это разрушение одного из важнейших уровней организации белковой материи. В лабораторных условиях гидролиз проводят в присутствии кислот и щелочей при нагревании.

Преподаватель биологии

В желудке происходят процессы ферментативного гидролиза. Чистый желудочный сок – это бесцветная жидкость и имеет кислую среду. Железы желудка вырабатывают фермент пепсин в неактивном виде, в активную форму он переходит при воздействии на него  0,5%-ной соляной кислоты. Пепсин действует только в кислой среде, а при попадании в щелочную среду становится неактивным.

Преподаватель химии

д) Денатурация белков.

 Одним из важнейших свойств белка является денатурация.

Денатурация – это сложный процесс, при котором под влиянием внешних факторов: температуры, механического воздействия, действия кислот, щелочей, солей тяжёлых металлов, ультразвука и т.д., происходит изменение четвертичной, третичной, вторичной структуры белка. Первичная структура, а, следовательно, и химический состав белков не меняются.

При денатурации белок теряет присущие ему в организме функции (от латинского denaturale – лишать природных свойств).

При варке яиц прозрачный яичный белок превращается в упругую белую массу, а молоко при скисании загустевает. Обратимый процесс – ренатурация, т.е. восстановление физико-химических и биологических свойств белка. Иногда для этого достаточно удалить денатурирующий объект. Ренатурация невозможна, если затронута первичная структура белка.

Преподаватель биологии: данный процесс имеет и биологическое значение – например, если человек ошпаривается или обжигается, то его кожа белеет. Похожий процесс мы наблюдаем при жарке яиц. А при тепловом ударе происходит денатурация белков крови, что приводит к головокружению и потере сознания.

Практическая часть. Преподаватель химии.
б) Химические свойства белков

1. Денатурация

Опыт 1.

Цель: Исследовать процесс денатурации белков.

Оборудование и реактивы: пробирка, яичный белок, держатель, стакан с водой, спички, горелка

Ход опыта

Добавьте в пробирку куриный белок и прилейте 5 мл воды. Нагрейте раствор. Что наблюдаете?

Опыт 2.

а).Действие кислот и щелочей на белки

Цель: Исследовать процесс денатурации белков.

Оборудование и реактивы: 2 пробирки, яичный белок, раствор NaOH, раствор соляной кислоты HCl

Ход опыта

К 2 мл раствора яичного белка (в 2 пробирки) прилить:

В 1 пробирку - 0,5 мл раствора NaOH

Во 2 пробирку - 0,5 мл соляной кислоты.

Что наблюдаете?

Обсудите результаты, сделайте вывод.

Обучающиеся  записывают вывод: Во всех случаях произошла денатурация.

Учитель биологии: Подобную химическую реакцию мы можем наблюдать в пищеварительной системе человека, когда соляная кислота активно участвует в сворачивании белков. Кроме того, из правил техники безопасности вам хорошо известно, что особую осторожность следует соблюдать при работе с сильными кислотами и основаниями, поскольку они вызывают химические ожоги.

Опыт 3. Для белков характерна реакция горения.

Цель: Определить продукты горения белка.

Оборудование и реактивы: перо, шерстяные нити, спиртовка.

Ход опыта

Поместите перо и несколько шерстяных нитей в пламя.

Охарактеризуйте запах горящей шерсти и пера.

Вывод: белки горят с образованием азота, углекислого газа и воды, а также некоторых других веществ. Горение сопровождается характерным запахом жженых перьев

Опыт 4.

 Цель: определить содержание белка.

Оборудование и реактивы: стакан с молоком, уксусная кислота

Ход опыта

 Добавьте в стаканчики с молоком несколько капель уксусной кислоты.

- Что вы наблюдаете? Прокомментируйте наблюдаемое явление (казеин сворачивается и образуется творожистый осадок (творог)).

- Можно из этого молока (демонстрируется молоко) сварить кашу? (да)

- А из этого? (демонстрируется молоко, в котором казеин свернулся) (нет)

Преподаватель биологии

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.
Белки + Н2О → полипептид + Н2О → дипептиды + вода → α – аминокислоты.

Опыт 5.

Оборудование и реактивы: пробирка, белок, этиловый спирт

Ход опыта

Добавьте в пробирку с раствором белка (альбумин) этиловый спирт. Раствор белка сворачивается, приобретая белое окрашивание. Запишите  наблюдаемые изменения:

Учитель биологии: Биологическое значение влияния спирта и других активных веществ на белковые структуры живых организмов очевидно. Пагубное воздействие этилового спирта связано именно с денатурацией важнейших для организма белков.

Опыт 6.

Взаимодействие с  солями (катионы) тяжелых металлов.

Оборудование и реактивы: пробирка, белок, раствор сульфата меди

                                               Ход опыта

 Добавьте в пробирку с раствором белка (альбумин) раствор сульфата меди (II). Раствор белка сворачивается, приобретая белое окрашивание. Запишите наблюдаемые изменения.

– В то же самое время соли (катионы) легких металлов (Na, К, Са, Мg) – не вызывают денатурацию белка: проводится тот же самый опыт, но с раствором хлорида натрия – изменений не происходит. Причина такого отличия в большей химическая активности катионов тяжелых металлов. Так, Cu²⁺ проявляет слабовыраженные окислительные свойства и является хорошим комплексообразователем. Для катионов щелочных и щелочноземельных металлов такие свойства не характерны.

Учитель биологии: Влияние на организм тяжелых металлов – актуальная экологическая проблема. Наиболее сильному воздействию подвержены жители мегаполисов с связи с повышенным антропогенным загрязнением этими металлами. Типичный пример: – тетраэтилсвинец, который добавляется в бензины для повышения их октанового числа.
Кроме того, есть ряд других факторов, вызывающих денатурацию белков, это различные виды излучения, в том числе радиоактивное и ультрафиолетовое.

Учитель химии: Продолжая знакомство с химическими свойствами белков нельзя обойти вниманием две качественные реакции, которые применяют для распознавания белковых веществ в животных и растительных объектах. Традиционно их называют цветными реакциями белков. Рассмотрим цветные реакции на примере молочного белка – казеина.

(Преподаватель химии проводит демонстрационные реакции)

а) Биуретовая реакция. К исследуемому раствору приливают NaOH и по каплям добавляют раствор СuSO₄. Характерная фиолетовая или красно-фиолетовая окраска появляется в том случае, если вещество содержит пептидные связи. Наличие пептидных связей как раз характерно только для белковых молекул.

Обучающиеся в своих опорных конспектах отмечают наблюдаемые изменения .

б) Ксантопротеиновая реакция. К исследуемому раствору приливают HNO₃, для ускорения реакции несильно нагревают. Характерное желтое окрашивание появляется в том случае, если белки содержат в своем составе ароматические фрагменты – происходит их нитрование. Имея сложную структуру, большинство белков, как правило, содержат ароматические кольца.

Обучающиеся в своих опорных конспектах так же отмечают наблюдаемые изменения.

.

Преподаватель биологии

6. Функции белков (слайд)

Преподаватель биологии : задание группе (слайд)

Биологические функции белков в клетке чрезвычайно многообразны. Они в значительной мере обусловлены сложностью и разнообразием форм и состава самих белков.

Задание 1. Соотнесите белки с их функциями

1. Из белков состоят мембраны клеток и клеточных организмов (коллаген, фибрин, кератин, эластин, оссеин, актин, тубулин ) - строительная.

2. Движение ресничек и жгутиков, сокращение мускулатуры, перемещение хромосом осуществляется за счёт сократительных белков - двигательная.

3. Белки связывают и переносят с током крови многие химические соединения (альбумин, глобулин, гемоглобин, миоглобин) - транспортная.

4. В клетке, в ответ на проникновение в неё чужеродных веществ вырабатываются особые белки (фибриноген, тромбин, иммуноглобулины, интерферон) - защитная.

5.Белки могут изменять свою структуру в ответ на действие факторов внешней среды, то есть осуществлять приём сигналов (родопсин) - сигнальная.

6.Белки - гормоны, оказывают влияние на обмен веществ (инсулин, адреналин, гормон роста) - регуляторная.

7. Белки - ферменты, влияют на скорость химических реакций в клетке (каталаза, амилаза) - каталитическая. ?

 Специальные белки — ферменты способны ускорять биохимические реакции в клетке в десятки и сотни миллионов раз. Известно около тысячи ферментов. Каждая реакция катализируется своим особым ферментом

Я хочу рассказать вам сказку.

Умирая, старый араб завещал своим сыновьям 17 прекрасных белых верблюдов: старшему половину, среднему третья часть, младшему девятую часть. Когда араб умер, сыновья приняли делить свое наследство, но 17 не делится ни на 2, ни на 3, ни на 9. В это время через пустыню шел бедный ученый дервиш и вел за собой старого черного верблюда. Он подошел к братьям и спросил, о чем они горюют. Братья поведали о своем наследстве и невозможности его поделить. Тогда дервиш продал им своего верблюда. У них стало 18 верблюдов и всё получилось: старший получил 9 верблюдов, средний- 6 , а младший – 2., остался старый верблюд ученого. «Что нам с ним делать?»- спросили братья. «Отдайте его мне»,- попросил ученый и братья вернули ему верблюда. Вот и ферменты так же, как и старый верблюд дервиша, помогают осуществлять реакции в организмах. В слюне находятся ферменты амилаза и мальтаза, в желудке- пепсин, практически во всех клетках - каталаза.

Ферменты обладают, как правило, третичной или четвертичной структурой. При повышенной температуре они разрушаются и перестают функционировать.

.

 7. Биологическое значение белков

Преподаватель биологии
         Белки входят в состав мозга, всех внутренних органов, скелета и суставов, кожи, волосяного покрова и т. д. В крови в растворенном виде содержится белок гемоглобин, обеспечивающий перенос кислорода по всему организму. Многие белки выполняют роль ферментов ― катализаторов обмена веществ в живых организмах. В растениях белки концентрируются в основном в семенах. Белковый обмен тесно взаимосвязан с обменом углеводов и нуклеиновых кислот. Существенное влияние на белковый обмен оказывает характер питания, качественный и количественный белковый состав пищи. Чтобы избежать «излишеств» и в то же время обеспечить нормальную жизнедеятельность организма, надо, прежде всего, дать человеку с пищей полноценный по ассортименту набор белков. Более того, белки ― основа жизни, они участвуют в обмене веществ и обеспечивают размножение живых организмов. Присутствие протеинов в кремах против морщин, тониках, пене для ванны и др. оберегает кожу от высушивания, придает ей мягкость и упругость. Применяются протеины также в косметических средствах для ногтей. Являются активными веществами в средствах ухода за волосами (лечебные бальзамы, кондиционеры для волос). Благотворно действуют на нарушенную структуру волос, укрепляют их корни.

      Ученые утверждают, что взрослый человек должен ежедневно потреблять не менее 100 грамм белка в день при трате энергии 1500 ккал. Эта норма соответствует умственному или физическому труду полностью механизированному. При физической нагрузке с тратой энергией 400 ккал требуется 130-150 грамм белка в сутки. Потребность в белке определяется возрастом, полом, видом деятельности. В зрелом возрасте здорового человека существует баланс между количеством поступающих белков и выделяющимися продуктами распада. В молодом, растущем организме идет накопление белковой массы, поэтому азотный баланс будет положительным, 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.

Животные и растительные белки усваиваются организмом неодинаково. Белки молока и молочных продуктов на 96%, мяса и рыбы – 93-95%, то белки хлеба – на 62-86%, овощей на 80% картофеля и бобовых на 70%. Многие растительные продукты, особенно злаковые, содержат белки пониженной биологической активности: в кукурузе, например, обнаружен недостаток лизина и триптофана, в пшенице – лизина и треонина.

Довольно длительное исключение белков из рациона питания приводит к серьезным нарушениям, а продолжительное безбелковое питание кончается смертью.

      Недостаток белков в питании вызывает у детей замедление роста и развития, а у взрослых глубокие изменения в печени, нарушении желез внутренней секреции, изменение гормонального фона, проблемы сердечнососудистой системы, ухудшение памяти и работоспособности.

Таким образом, можно сказать белки = жизнь.

8. Преподаватель химии

Белки и пища

Чтобы вырасти ты мог, в пище должен быть белок,

Он в яйце, конечно, есть ,в твороге его не счесть ,

в молоке и в мясе тоже.

Здесь тебе белок поможет

К основным продуктам с высоким содержанием белка относятся: (слайд)
1. Яйца – 17%, яичный белок хорошо усваивается организмом, обычно три яйца весят около 100 грамм, съедая их, вы получаете 17 грамм отличного белка для построения мышц.

2. Творог – 14%, в питание следует употреблять только обезжиренный вариант этого продукта, это избавит вас от лишних калорий.

3. Сыр - 30% имеет высокое содержание белка, но в то же время довольно калориен.
4. Птица – 15-20%.Мясо птицы отличный продукт с высоким содержанием белка, он хорошо усваивается и в тоже время является низкокалорийным.
5. Говядина – 25%, содержит отличный животный белок, употреблять лучше в вареном или тушеном виде.
6. Печень – 25%.Продукт, имеющий высокое содержание белков, в пищу употребляется в тушеном виде или в качестве различных паштетов.
7. Рыба – 15-25%.Больше белка содержат такие виды рыбы как – тунец, лосось, анчоусы, сардина, скумбрия, сайда и кефаль.
8. Соя – 14% является одним из самых белков, содержащих растительных продуктов, в настоящее время из нее изготавливается масса различных блюд, которые выступают заменителем мясных продуктов. Но лучше использовать сою в качестве гарнира.

9. Брюссельская капуста – 9%.Имеет самое высокое содержание белка по сравнению с другими овощами, остальные овощи обычно имеют от 0,5 до 2 процентов белка.
10. Крупы – 10-12% хорошо усваивается, и способствуют пищеварению, более предпочтительны к употреблению в качестве гарнира, чем картофель или макароны.

Это покажется удивительным, но хорошими источниками растительного белка являются также сухофрукты и фрукты.

  Фрукты – источники растительного белка

·         стакан кураги содержит 5г белка;

·         стакан чернослива - 4,5г белка;

·         в одной чашке вишни - 3г белка;

·         экзотические фрукты: в одном банане -2,5г, в папайе 2,3г, а киви 2,1г белка.

Еще один источник растительного белка – авокадо. Очень богатый растительным белком фрукт, содержащий около 4,5г белка на чашку. 

Основное правило, которым необходимо руководствоваться при выборе белковой пищи, гласит: выбирать продукты необходимо с низким содержанием жира и с высоким белка.

5. Закрепление полученных знаний

Ответить на вопросы.

1. Почему свежие пятна крови на одежде нельзя отстирывать в горячей воде?

( Ответ: Потому что в горячей воде кровь имеет свойство сворачиваться ( белок крови денатурирует). Лучше замывать холодной водой и не портить одежду окончательно ).

 2. Подумайте, почему мясной суп полезней для растущего организма, чем овощной? ( Ответ: Потому что, в мясе содержится в большем количестве белок, чем в овощах).

3. Почему молоко сворачивается естественным образом при долгом хранении в теплом месте? ( Ответ: Потому что, под действием температуры происходит денатурация белковых молекул).

4. Почему в инструкции к стиральным порошкам с биологически активными добавками пишут, что эти средства не рекомендуется применять для стирки изделий их натуральной шерсти? ( Ответ: Т.к. биодобавки разрушают белок, который содержится в натуральной шерсти).

5. Почему врачи рекомендуют "сбивать" температуру у больного, если она превышает 38 °С? ( Ответ: При температуре выше 38 начинается денатурация белка (разрушается все структуры белка). Это может привести к тяжелым последствиям).

6. Почему при массовом выпадении и хрупкости волос врачи-косметологи прописывают принимать серосодержащие препараты? (В состав кератина входит значительное количество серы, поэтому нередко дефицит этого элемента в организме и становится причиной плохого роста волос и их выпадения)

7.  Почему при применении препаратов для химической завивки особенно тщательно рекомендуют защищать ногти, в то время как этот состав довольно длительное время взаимодействует с кожей головы, не причиняя особого вреда?

8. Подумайте, почему, для того чтобы получить вкусный бульон, мясо кладут в холодную воду, а для вкусного мяса его опускают в кипяток? Мясо кладут в холодную воду, чтобы из него выделился сок. … Мясо кладут в кипящую воду, чтобы сок остался . …

(По мере нагревания воды, куда помещены рубленые куски мяса, образуются (и в большом количестве) серые хлопья. Это свернувшийся белок, пена, которую снимают шумовкой, чтобы не портила вид и вкус бульона. При дальнейшем нагревании растворимые в воде вещества постепенно переходят из мяса в раствор. Эти вещества называют экстрактивными, потому что они извлекаются из мяса при его экстракции кипящей водой (проще говоря, при варке бульона). Они-то, в первую очередь, и придают бульону характерный вкус. А мясо, лишившись этих веществ, становится менее вкусным.

Большой кусок сырого мяса при соприкосновении с кипятком моментально станет серым, зато хлопьев образуется очень мало. Тот белок, что находился на поверхности, под действием высокой температуры сразу свернулся и закупорил многочисленные поры, которые пронизывают мясо. Экстрактивные вещества, и белки в том числе, уже не могут перейти в раствор. Значит, они остаются внутри мяса, придавая ему хороший вкус и аромат. А бульон, разумеется, получается несколько хуже.)

9. Почему регулярное употребление алкоголя неизбежно ведёт к поражению нервной системы, печени, сердца.

(При употреблении спиртных напитков содержащийся в них этанол легко проходит через биологические мембраны. Одновременно он повреждает их структуру, увеличивая проницаемость для многих токсичных веществ. Самые тяжёлые последствия систематического употребления алкоголя связаны с его токсичным действием на генетический аппарат человека и развивающийся плод. Доказано, что регулярное употребление алкоголя постепенно приводит к ферментно-витаминной недостаточности, а это неизбежно ведёт к поражению нервной системы, печени, сердца.)

10. С чем связано отторжение пересаженных (трансплантированных) органов и тканей у пациентов?

 (Причиной отторжения пересаженных органов и тканей является иммунная реакция организма на чужеродные клетки и белки.

Для организма пересаженные органы – это чужеродное тело. Вступает в силу защитный механизм иммунитета.)

11. Почему из сваренных яиц никогда не появится цыпленок?

(Живой белок яйца жидкий, а при варке произойдёт денатурация белка: разрушаются четвертичная, третичная и вторичная структуры белка - это будет "мёртвый" белок, невозможны многие биохимические процессы в клетке.)

12. Почему происходит уменьшение веса мяса и рыбы после их тепловой обработки?

(При термической обработке белки свертываются (коагуляция). Они теряют способность удерживать воду. Т.е. из гидрофильных становятся гидрофобными. Поэтому и уменьшается масса мяса, рыбы, птицы).

13. О чем свидетельствует образование "хлопьев" или помутнение бульона во время варки мяса?

 (При погружении мяса в холодную воду и последующем нагревании растворимые белки из наружных слоев мяса переходят в воду. Во время варки происходит их денатурация, при этом образуются хлопья, пена, всплывающая на поверхность воды, или мелкая суспензия, делающая раствор мутным.)

6. Подведение итогов урока

Преподаватель биологии
А теперь несколько интересных фактов про аминокислоты и белки: 

1) Во время стресса, которому организм наш подвержен постоянно, нужны обязательно аминокислоты. Если нужные аминокислоты отсутствуют, то страдает иммунитет. Считается, что если хотя бы одна из 22 аминокислоты не будет поступать в организм длительное время, то может наступить смерть.

2) Самый большой белок в нашем организме по аминокислотной цепочке – титин, он состоит из 38 138 аминокислот.
3) В течение 5-6 месяцев происходит полная замена собственных белков человека.

4) У каждого из вас свой тип волос: у кого-то прямые, у кого-то вьющиеся. В чем же причина? Оказывается, виной всему являются дисульфидные мостики. На разрушение или образовании новых дисульфидных мостиков основана химическая завивка. Исходные дисульфидные мостики разрушаются при помощи пероксида водорода. Вот почему частое обесцвечивание волос и химическая завивка меняют структуру волос.

5) Белки просто необходимы тем, кто простыл. В это время потребность организма в белках увеличивается примерно на 30-40%. Тело «лепит» из них миллионы иммунных клеток, призванных бороться с вирусом. И использует для этого единственный доступный ему материал – мышцы. Лечить простуду чаем с медом и вареньем, конечно, вкусно. Но все-таки стоит увеличить количество белка в рационе на треть, чтобы выздороветь поскорее.

И, наверное, самый приятный факт – белки могут сделать нас счастливыми! Гормон удовольствия (счастья, радости, он же «шеф» - гормон) серотонин образуется из аминокислоты триптофана. Эта аминокислота есть в большинстве растительных белков – соевых бобах, грибах, арахисе, кунжуте, кедровых орехах, молоке, йогурте и твороге.

Люди, чей уровень серотонина низок, склонны больше размышлять о проблемах. Те, чей уровень серотонина высок, думают не о самих проблемах, а о том, как с ними справиться – именно поэтому этот гормон называют «шеф»-гормоном.
При высоком уровне серотонина мы гораздо легче усваиваем новую информацию и... гораздо изящнее двигаемся. 

Преподаватель химии.

1. Установлено, что вещество паутинной нити – композит из разных белков. Самая изученная из всех – каркасная нить паука-кругопряда состоит из белков спидроина-1 и спидроина-2. Первый обеспечивает прочность нити, в нем много кристаллизованных областей, второй отвечает за эластичность, в нем таких участков меньше.

2. Исследования шведских ученых показали, что кит произошел от бегемота. К такому выводу привело сравнение ДНК и белков. Общий предок китов и бегемотов жил ~54 млн. лет назад.
3. Чтобы вспрыгнуть на жертву, блохи могут развивать скорость до 9,8м/с. Такая прыгучесть обеспечивается резилином – особым белком, похожим на резину. Шарики резилина прикреплены к верхней части задних лапок и катапультируют блоху в нужном направлении.

4. Сотрудники Сибирского института физиологии и биохимии растений обнаружили, что у пшеницы в момент охлаждения появляются стессовые белки – белки холодового шока. В результате митохондрии клеток переходят на режим экстренного выброса тепла и температура растения повышается до 10⁰С.

5. У кошек отсутствует ген, позволяющий ощущать сладкий вкус. Большинство млекопитающий определяют сладкий вкус с помощью двух специальных белков; у кошек один из них отсутствует.

6. Комар, насосавшийся крови, мог бы лопнуть, если бы у него не вырабатывался особый гормон. Этот гормон способствует быстрому выведению воды из насекомого.

7. В 1л молока столько же белка, сколько его в 8 яйцах. За 70 лет жизни человек съедает >2,5 тонн белков.

8. Брокколи – подвид цветной капусты – по количеству протеина превосходит кукурузу, а по количеству важных для организма аминокислот может соревноваться с говядиной.

Преподаватель биологии

Обращаясь к началу нашего урока, согласны ли вы с тем, что белок это жизнь?

Преподаватель химии

Будьте здоровы и красивы.

Источники информации:

1.     http://www.kirensky.ru/books/book/Biochemistry/chapter_02.htm

Список использованных источников:

1.     Биология. Общая биология. 10-11 классы. Базовый уровень. Под ред. Беляева Д.К., Дымшица Г.М. 12-е изд. - М.: 2016. - 304 с.

2.     Безрукова, В.С. Всё о современном уроке в школе: проблемы и решения. Книга 3: здоровьесберегающий урок / В.С. Безрукова. – М.: Сентябрь, 2006. – 176с.

3.     Ибрагимов, Г.И. Концепция современного урока / Г.И. Ибрагимов // Школьные технологии. – 2008. – № 2. – С. 48 – 52

4.     Биология для поступающих в вузы. Под ред. В. Н. Ярыгина. М.: высш. шк., 1995. 487 с., ил.

5.     Браун А. Д. и Фадеева М. Д. Молекулярные основы жизни. Пособие для учителей. М., Просвещение, 1976. 

6.     Грин Н, Стаут У., Тейлор Д. Биология в 3-х т. Т. 1: Пер. с англ. /Под ред. Р. Сопера. М.: Мир, 1990. 368 с., ил. 

7.     Колтун М. Мир химии. – М.: «Детская литература», 1988.

8.     Комаров О.С., Терентьев А.А. Химия белка. – М.: «Просвещение», 1984

9.     Палов И. Ю., Вахненко Д. В., Москвичев Д. В. Биология. Пособие - репетитор для поступающих в вузы. Ростов-на-Дону. Изд. Феникс. 1999. 576 с.

10. Полинг Л., Полинг П.. Химия. Изд. Мир. Москва. 1978. 

11. Шульпин Г. Б. Эта увлекательная химия. М.: Химия, 1984. 

Скачано с www.znanio.ru