Конспект урока на тему "Органические вещества.Белки"

Иванько Л.А Учитель биологии МБОУ СОШ п Джонка Метапредметный урок на тему: Органические вещества. Белки.   Цель: Обучающая: полученные   на   уроках   биологии,   химии,   физики   знания   о свойствах,  нахождении   в  природе,  значении  белков  интегрировать;  развить знания о химических свойствах белков, о типах химической связи на примере водородной и ковалентной, раскрыть роль белковых молекул в зарождении, развитии, существовании живых организмов на Земле Развивающая:  развивать   умения   анализировать   результаты   лабораторных опытов, устанавливать причинно­следственные связи между явлениями живой и неживой природы, развивать познавательные   компетенции у учащихся на основе   межпредметных   связей,   научить   применять   знания,   получаемые   на одном   предмете,   при   анализе   явлений   или   процессов,   изучаемых   другими предметами. Воспитательная:  формировать   научное   мировоззрение,   представление   о роли естественных наук в современном обществе, целостную картину мира, воспитывать у учащихся познавательный интерес к предмету, формировать культуру общения, коммуникативные качества. Тип урока: изучение и первичное закрепление  новых знаний. Форма организации учебного процесса: работа в группах. Технологии: личностно­ориентированные, частично­поисковая, проблемная. Оборудование и реактивы:  пробирки, штатив, пероксид водорода, сырой и вареный картофель,    гидроксид натрия, белок, спирт, сырое мясо., куриное яйцо, поваренная соль; концентрированный раствор азотной кислоты, кусочки шерстяной и синтетической ткани . Таблица «Строение белковых молекул». Учебная презентация по теме: « Органические вещества. Белки». Ход урока I. Организационный момент. II. Изучение нового материала. Мотивация к учебной деятельности Слайд2­3 Жизнь – есть способ существования белковых, существенным моментом которого является постоянный обмен веществ с окружающей их внешней природой, причем с прекращением этого обмена веществ прекращается и жизнь, что приводит к разложению белка…. Ф.Энгельс Изучая химический состав клетки, вы знаете, что все вещества входящие в ее состав   делятся   на   две   групп.   Назовите   эти   группы.  Сегодня   на  уроке  мы продолжим изучать органические вещества – белки. Знания о белках имеют особенно важное значение для понимания всех процессов, происходящих в клетке. Белки лежат в основе всего живого. Поэтому эпиграфом нашего урока будет   высказывание   Энгельса: «Жизнь   –   есть   способ   существования белковых, существенным моментом которого является постоянный обмен веществ с окружающей их внешней природой, причем с прекращением этого обмена веществ прекращается и жизнь, что приводит к разложению белка…» Вопрос. Какова роль белков в строении и жизнедеятельности клетки? (В   беседе   учащиеся   вспоминают   известный   из   курса 8   –   9 классов материал о белках).  Слайд 4 ТЕКСТ с ошибками (прием “Лови ошибку”) Белки   –   сложные   органические   полимеры,   мономерами   которых   являются аминокислоты. В состав природных белков входят 20 аминокислот, 8 из них незаменимые, т.е. синтезируются в организме и их поступление в организм не обязательно вместе с пищей. Белки, взаимодействуя с азотной кислотой, дают фиолетовое окрашивание. Данная   реакция   называется   ксантопротеиновой   реакцией.   Вторичная структура белков – это чередование аминокислотных остатков в линейной структуре.   Денатурация   –   процесс   изменения   цвета   белковой   молекулы. Содержание белка в яйце меньше, чем в молоке и молочных продуктах. При варке яиц белок не меняет свой цвет. После работы с текстом найденные ребятами ошибки записываются на доску,   без   комментарий   и   без   объяснения   правильных   ответов.   Данная запись сохраняется в течение всего урока для проведения рефлексии. Чем же удивительны  белки? С чем связана тайна жизни? Почему понятие жизнь отождествляется с понятием белки? Важную, а может быть, и главную роль во всех жизненных процессах играют белки. Среди органических компонентов клетки самыми важными являются белки. Они очень разнообразны и по строению, и по функциям. После удаления воды из клетки в сухом остатке на первом месте по содержанию стоят белки. Они составляют 10 – 20 % от сырой массы и от 50 до 80% от сухой массы клетки. Белки   называют   также протеинами (греч. hrоtos –   первый,   главный).   Этим названием   хотели   подчеркнуть   первостепенное   значение   белков   для жизненного процесса. Слайд 5 Белки представляют собой высокомолекулярные (молекулярная масса до 1,5 млн углеродных единиц) органические соединения. Кроме С, О, Н, N. в состав белков   могут входить S,   Р, Fе. Белки   построены   из   мономеров,   которыми являются аминокислоты. Поскольку в состав молекул белков может входить большое   число   аминокислот,   то   их   молекулярная   масса   бывает   очень большой.   Так,   молекулярная   масса   инсулина   –   5700,   белка   –   фермента рибонуклеазы – 12 700, яичного альбумина – 36 00, гемоглобина – 65 000. Для сравнения: молекулярная масса спирта – 46, уксусной кислоты 60, бензола 78.  Mr  (белка   мышц)   =   1 500 000.   Состав  гемоглобина   выражается ;     формулой (C738H1166O208N203S2Fe)4. Белки являются нерегулярными полимерами. Слайд 6 Вопрос.   Что   является   мономером   белков?  Бактерии   и   растения   могут синтезировать все необходимые им аминокислоты из более простых веществ. Многие   животные,  в  том   числе   и   человек,  способны   синтезировать   не  все называемые незаменимые аминокислоты, аминокислоты (лизин,   валин,   лейцин,   изолейцин,   треонин,   фенилаланин, триптофан, тирозин, метионин) они должны получать с пищей в готовом виде. Заменимые аминокислоты – аминокислоты, которые в организме синтезируются.  (глутаминовая   кислота,   глутамин,   пролин,   аланин, аспарагиновая кислота, аспарагин, тирозин, цистеин, серин и глицин). поэтому так       В зависимости от аминокислотного состава белки бывают:         состав которых слайд Среди   белков   различают протеины, состоящие   только   из   белков, и протеиды — содержащие небелковую часть (например, гемоглобин). Кроме простых   белков, состоящих   только   из   аминокислот,   есть   еще и сложные, в входить углеводы (гликопротеиды), жиры (липопротеиды), нуклеиновые кислоты (нуклеопротеиды) и др. Уровни организации белковой молекулы Слайд 7 Под   первичной   структурой белка   понимают   число   и   последовательность аминокислот,   соединенных   друг   с   другом   пептидными   связями   в полипептидной   цепи.   Первые   исследования   по   выяснению   аминокислотной последовательности белков были выполнены в Кембриджском университете Ф.   Сэнгером,   дважды   удостоенным   за   свои   работы   Нобелевской   премии. Сэнгер работал с гормоном инсулином. Это был первый белок, для которого могут удалось выяснить аминокислотную последовательность. Работа заняла ровно 10   лет   (1944   –   1954гг.)   В   молекуле   инсулина   входит   51   аминокислота,   а молекулярная   масса   этого   белка   равна   5733.   Молекула   состоит   из   двух полипептидных цепей. Удерживаемых вместе дисульфидными мостиками Первичная структура уникальна для любого белка и определяет его форму, свойства и функции. В организме человека свыше 10 000 различных белков, и все они построены из одних   и   тех   же   20   станрдантных   аминокислот.   Аминокислотная последовательность белка определяет его биологическую функцию. В свою очередь   эта   аминокислотная   последовательность   однозначно   определяется нуклеотидной последовательностью. Слайд 8 Вторичная   структура белков   возникает   в   результате   образования водородных   связей   между   группами   —   СООН   и   — NН2 —   разных аминокислотных   остатков   полипептидной   цепи.   Хотя   водородные   связи малопрочные, но благодаря их значительному количеству в комплексе они обеспечивают довольно прочную структуру. Белковая молекула напоминает растянутую пружину. Ренгено – структурный анализ показывает, что на один виток спирали приходится 3,6 аминокислотного остатка. Слайд 9 Третичная  структура представляет   собой   причудливую,   но   для   каждого белка   специфическую   конфигурацию,   имеющую   вид   клубка   (глобулу). Прочность   третичной   структуры   обеспечивается   ионными,   водородными   и дисульфидными   (—S—S—)   связями   между   остатками   цистеина,   а   также гидрофобным взаимодействием. Слайд 10 Четвертичная структура характерна не для всех белков. Она возникает в результате   соединения   нескольких   глобул   в   сложный   комплекс. Полипептидные цепи удерживаются в молекуле вместе за счет гидрофобных взаимодействий, а также при помощи водородных и ионных связей Например, гемоглобин   крови   человека   представляет   комплекс   из   четырех   таких субъединиц: из двух   ­ α Некоторые   вирусы,   например   вирус   мозаики   табака,   имеют   белковую оболочку,   состоящую   из   многих   полипептидных   цепей,   упакованных высокоупорядочным образом. Слайд 11­12 Классификация белков по их функциям • Структурные белки – коллаген, склеротин, эластин. • Каталитические белки – полимеразы, рибонуклеазы. • Регуляторные белки – инсулин, глюкагон. • Транспортные белки – гемоглобин, гемоцианин. • Защитные белки – антитела, фибриноген. • Двигательные, или мышечные, белки – миозин, актин. • Запасательные белки – казеин, альбумин. • Токсичные белки – змеиный яд, токсины. • Сигнальные белки – рецепторы. Для раскрытия природы белка изучим его химические свойства.  Функция Определение Пример Место нахождения 1. Строительная 2. Транспортная 3. Защитная 4. Каталитическа я (ферментативн ая) 5. Двигательная 6. Регуляторная 7. Энергетическа я 8. Запасная Материал клетки Коллаген Волосы, ногти, кожа Переносят различные вещества Обезвреживают защитные вещества Ускоряют протекание химических реакций в организме Выполняют все виды движений Регулируют обменные процессы Обеспечивает клетки энергией Запасается впрок Гемоглобин, альбумин В эритроцитах; в крови Иммуноглобулин, интерферон В органах иммунной системы Ферменты: амилаза, пепсин, липаза В пищеварительной системе Миозин, актин В мышцах Гормоны: инсулин, соматотропин, пролактин Все белки (1грамм = 17,6 кДж) казеин, зеин Поджелудочная железа, гипофиз, молочные железы В клетках, в пищеварительной системе В молоке, в семенах кукурузы Белки не удавалось выделить из костной ткани, хрящей, волос, копыт, так как они не переносят нагревания и кристаллизации из горячих растворов. Поэтому вначале занимались изучением не структуры белка, а химического состава. В белке содержатся следующие химические элементы: С, Н, О, N, S, P, Fe. Железо в гемоглобине крови, фосфор в казеине молока…. Массовая доля элементов: С – 50% ­ 55%; О – 19% ­ 24%;  Н – 6,5% ­ 7,3%;  N – 15% – 19%;  S – до 2,5%;  P – до 2% Незначительное количество меди, кальция, цинка, брома, йода.   кровь во все клетки и ткани организма. Содержание белка в некоторых тканях (после обезвоживания органа):Мышцы – 80%; Жировая ткань, кости, зубы – 14 – 28%; Почки – 72%;  Семена растений – 10 – 15 %; Кожа – 63%; Стебли, корни, листья – 3% ­ 5% Печень – 57%;  Плоды – 1­2% Мозг – 45%; Слайд 17 Для белков характерны следующие химические свойства. 1)  гидролиз  (при   нагревании   с   растворами   кислот,   щелочей,  при   действии ферментов)        Гидролиз белков сводится к гидролизу полипептидных связей. К этому же сводится и переваривание белков: белок  2)  денатурация   –  нарушение   природной   структуры   белка   (под   действием нагревания и химических реагентов) 3) амфотерность:                         + NaOH                       __________          свойства кислот                       |                            Белок                        |__________         свойства оснований                         + HCl Слайд18 4) цветные реакции белков –  качественные реакции  а) ксантопротеиновая реакция.  →                  Белок  +  HNO3 конц.   б) биуретовая реакция.          Белок  +  Cu(OH)2 в) горение – запах жженых перьев.  раствор фиолетового цвета.    желтое окрашивание ↓ →   ↔  аминокислоты   → |― При   добавлении   к   растворам   белка   солей   небольших   концентраций растворимость многих белков повышается. Этот эффект зависит также от величины   зарядов   каждого   из   ионов,   присутствующих   в   растворе:   соли, содержащие   двухзарядные   ионы   значительно   эффективнее   повышают растворимость белков, чем соли, содержащие однозарядные ионы. При   значительном   повышении   концентрации   солей   растворимость белков начинает опять понижаться, и при очень высоких концентрациях соли белок может полностью выпасть в осадок Это явление называется высаливанием. Ученики, формулируют вывод:  качественными на белки являются реакции с   концентрированной   азотной   кислотой   (желтое   окрашивание),   со свежеосажденным   гидроксидом   меди   (II)   (раствор   фиолетового   цвета)   и горение белков (запах жженых перьев). Учитель. 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. От строения белковых молекул зависит их функции.   Предлагаю   рассмотреть   две   очень   важных  функции   белков  – каталитическую и защитную.  Учитель.  Демонстрация опыта происходит на уроке с комментарием учителя и   объяснением   учеников,     явления   действия   фермента   каталазы   в   живых организмах на живые ткани и значения этого в живых организмах. Решается биологическая задача компетентностного характера. Наблюдение   расщепления   пероксида   водорода   ферментом   каталазой. Опыт1. В две пробирки (одну – с кусочками сырого картофеля, другую – с кусочками вареного картофеля) налейте по 2 мл пероксида водорода H2O2. Опишите, что происходит   с   пероксидом   водорода   под   действием   живых   и   мертвых растительных клеток.  Опыт 2 В две пробирки (одну – с кусочками сырого мяса(рыбы), другую – с кусочками вареного мяса(рыбы)) налейте по 2 мл пероксида водорода H2O2. Опишите, что происходит с пероксидом водорода под действием живых и мертвых  животных клеток. В выводе дайте ответы на вопросы:  1. О чем свидетельствует выделение кислорода в некоторых пробирках? 2. Почему этот процесс наблюдается не во всех пробирках? Вывод:    белок   содержится   только   в   живых   продуктах,   а   в   варенных продуктах белок разрушен, поэтому никакой реакции с ними не происходит. Дополнительная информация. 1. Фермент каталаза имеется в каждой растительной и животной клетке.  2. Этот фермент расщепляет пероксид водорода с образованием молекулы воды и кислорода. 3.Фермент каталаза, расщепляя пероксид водорода, играет защитную роль, обезвреживая ядовитое вещество (Н2О2), которое непрерывно образуется в клетке в процессе ее жизнедеятельности.  Задача №  1.  При простудных заболеваниях температура тела повышается выше   36,6.   Как   это   отражается   на   состоянии   вашего   организма.   Почему повышение   температуры   до   40   градусов   очень   опасно   для   человека.   Как снизить   температуру   до   безопасного   для   человека   состояния?   Почему   у маленьких детей повышение температуры, считается более опасным, чем у взрослого человека? Учитель. Что же происходит при повышении температуры? Из курса физики 10­го   класса   мы   знаем,   что   температура   –   величина,   характеризующая интенсивность   движения   атомов.   Температура   прямо   пропорциональна среднеквадратичной скорости атомов и среднекинетической энергии (Е = m 2/2   =   3/2kT).   Поэтому   повышение   температуры   (увеличение   внутренней энергии движения) вызывает увеличение амплитуды колебаний атомов звеньев структуры.   Следовательно,   увеличивается   расстояние   между   атомами, связываемыми   водородной   связью.   При   больших   амплитудах   колебаний водородная связь разрушается, при этом увеличивается нагрузка на соседние связи   спиральной   структуры,   и   в   конечном   итоге   структура   белка   быстро распадается  .  Молекула после разрушения связей тоже «расползается», она больше   не   может   противостоять   хаосу   теплового   движения.   Вступает   в действие   механизм   внутренней   подвижности   –   повороты   звеньев   вокруг валентных   связей   цепи.   Макромолекула   приобретает   новую   конфигурацию (она   сворачивается   в   клубок   –   как   бы   плавится).   Изменяя   температуру   в обратном направлении, т. е. понижая степень хаоса, можно вновь получить макромолекулу   исходной   структуры.   При   достижении   некоторой критической   температуры   связь  С–С  разрывается.   Происходит   разрушение макромолекулы. Самопроизвольное восстановление цепи макромолекулы на этом этапе уже невозможно. Такое явление   называется денатурация белка. Примером может служить денатурация белка куриного яйца.                   Поэтому при повышении температуры выше 40 градусов происходит процесс денатурации белка в организме человека, что приводит к изменению функций белка. Нарушение нативной (естественной), уникальной (свойственной только этому белку) структуры белковой молекулы называют денатурацией.                           Денатурация   может   быть   вызвана   изменением   температуры, обезвоживанием,   облучением   рентгеновскими   лучами   и   другими воздействиями. Вначале разрушается самая слабая структура – четвертичная, затем третичная, вторичная и при наиболее жестких условиях – первичная.          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.  А как влияет алкоголь на структуру белков? Для этого я проведу опыт. Цель:  показать   воздействие   алкоголя   на   белки   и   посмотреть   процесс денатурации белка. Демонстрационный   опыт:   “Изменение   структуры   и   свойств   белков   при воздействии на них алкоголя”. В   стакан   налили   спирт,     опустили   в   него   кусочек   сырого   мяса.     Что   мы наблюдаем?  (Через несколько минут он приобретает вид варёного мяса) Почему?  Ученик: Происходит денатурация белка.        Учитель:  Не только тяжелые металлы могут влиять на состояние здоровья человека,  но   и   радиоактивность,  как   особый   тип   загрязнения   окружающей среды.  Выделяют   два   типа   биологических   повреждений,   вызываемых радиацией.   Первый   тип   –   «пулеобразный».   В   этом   случае   вторичные электроны   разрушают   молекулярные   связи   непосредственно   в   структуре белка,   где   они   были   выбиты.  Сама   же   ­частица   также   разрывает   связи первичной структуры. Такое прямое воздействие, протекающее очень быстро, вызывает   «ядерный   загар»   (кожа   становится   коричневой)   или   «ядерное бешенство»  (возникает сильное возбуждение – ложный сверхтонус). Второй тип повреждений – косвенный. В этом случае ущерб биологической структуре наносят реактивные частицы, которые образовались вдали от этой структуры, но приблизились к ней в результате блужданий. При таком типе поражения действие тяжелых частиц менее опасно, т. к. они создают область ионизации небольших размеров.       Ответьте на вопрос:   Почему же Ф.Энгельс определил белки как основу жизни на Земле? Так как они являются основными веществами, поддерживающими жизнь на Земле. Вывод к уроку.   белки   –   это   высокомолекулярные   органические   соединения, биополимеры, состоящие из мономеров ­ альфа­аминокислот; аминокислоты   соединяются   в   полипептидную   цепочку   за   счёт пептидной связи; аминокислоты заменимые и незаменимые; белки могут быть простыми и сложными; четыре   структуры   белка   (первичная,   вторичная,   третичная   и четвертичная); денатурация   –   это   утрата   белковой   молекулой   своей   структурной организации; ренатурация ­ процесс восстановления структуры белка; из   органических   соединений,   входящих   в   живую   клетку,   важнейшую роль играют белки, на их долю приходится около 50% массы клетки; белки  выполняют разнообразные функции в живой материи. Задача. Известно, что для взрослого человека необходимо 1,5г белка на 1кг массы тела в день. Зная свою массу, определите суточную норму потребления белка для своего организма. Задача.          1. 1. Известно,   что   при   продолжительности   жизни   70   лет   обновление   белков   в организме   происходит   в   среднем   200   раз.   Предположите,   сколько   раз произошло обновление белков в вашем организме. Слайд 19 Рефлексия (ошибки в тексте выделены) Белки   –   сложные   органические   полимеры,   мономерами   которых   являются аминокислоты. В состав природных белков входят 20 аминокислот, 8 из них незаменимые, т.е. синтезируются в организме и их поступление в организм не обязательно вместе пищей.  Белки, взаимодействуя с азотной кислотой, дают фиолетовое окрашивание. Данная ксантопротеиновой реакцией. Вторичная структура   белков   –   это   чередование   аминокислот   в линейной   структуре.   Денатурация   – процесс   изменения   цвета   белковой молекулы.   Содержание   белка   в   яйце меньше,   чем   в   молоке   и   молочных продуктах. При варке белок не меняет свой цвет.  Слайд 20              Проверь себя называется реакция       с     1. 2. 3. 4. Главными носителями жизни являются … . … ­  это сложные высокомолекулярные соединения, построенные из …  Элементный состав белков: … . Молекулярная масса белков изменяется от … до … . 5. 6. 7. 8. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. Многие белки растворимы в …, почти все растворяются в … . Нерастворимы белки, из которых построены … . В структуре белка различают … структуры. Функции белков в организме … . Слайд 21                 Ответы 1.  Белки. α  – аминокислот. Белки;     остатков  С, Н, О, N, S. Десяти тысяч,    миллионов. Воде, растворах солей, кислот;   щелочах. Ткани живых организмов: кожа, сухожилия, мышцы, ногти, волосы. Первичную, вторичную, третичную, четвертичную. Строительная, каталитическая, двигательная, транспортная, защитная, энергетическая. Критерии оценки: «5» ­  все ответы правильные;                      «3» ­ 3 неверных ответа; «4» ­ 1­2 неверных ответа;                             «2» ­ 4 и более неверных ответов.  Задание на дом. П 2.5 с.47­50 Домашнее задание на выбор. Выбирается любое задание. Творческое задание: 1. Почему жители крупных мегаполисов имеют проблему с кожей­дерматиты, полиносы? 2. Почему нельзя сушить кожаную обувь, прислонив ее непосредственно к батарее? Использованная литература: Использованные литература (если имеются)   источники   и Обоснование,   почему   данную   тему оптимально изучать с использованием Основной учебник: В.И Сивоглазов. И.Б.  Агафонова, Т.И. Захарова. Общая биология 10  класс. Дрофа, 2017. Дополнительные пособия:  Сб. для пост. в ВУЗы. Г.Л. Билич   В.М. Корсунская «Уроки общей биологии»  А.О. Рувинский «Общая биология»  Единая коллекция цифровых образовательных  ресурсов по биологии  Материал Яндекса «Белки: история  исследования …» Рисунки сети Интернет                         Материал содержит большое количество схем, таблиц, рисунков. медиа­,   мультимедиа,   каким   образом осуществить  Советы   по   логическому   переходу   от данного урока к последующим Данный   урок   принадлежит   системе   уроков раздела химический состав клетки