Урок по химии и биологии в 11 классе "Белки - есть способ существования организмов"


1
Муниципальное общеобразовательное учреждение
«Средняя общеобразовательная школа № 3 г. Козьмодемьянска»
Республики Марий Эл
Интегрированный урок по химии и биологии в 11 классе по теме
"Белки - есть способ существования
организмов"
подготовили:
учитель биологии
Шолкина Надежда Михайловна,
учитель химии
Салонина Валентина Юрьевна
г. Козьмодемьянск
2014
2
Тема урока" Белки - есть способ существования организмов"
Цели и задачи урока.
Познавательные:
- сформировать знания о белках, играющих ведущую роль в жизнедеятельности клетки;
- сформировать знания о свойствах и функциях белков;
- обобщить знания, получаемые на уроке химии, биологии.
- выявить взаимосвязь химии и биологии;
Развивающие:
-развивать умение анализировать результаты лабораторных работ;
- устанавливать причинно- следственные связи между живой и неживой природой;
- развивать познавательный интерес учащихся на основе использования межпредметных
связей, выявить взаимосвязь химии и биологии;
- научить применять полученные знания.
- закрепить знания уч-ся о белках как о ВМВ (высокомолекулярные вещества), в которых
представлены все известные функциональные группы;
Воспитательные.
- формировать четкие представления о роли естественных наук в современном обществе;
- воспитывать дисциплину на уроке;
- воспитывать чувство сопереживания, взаимопомощи на уроке.
- развитие культуры общения.
Методы:
групповая и самостоятельная работа,
эвристическая беседа, лабораторная работа.
Оборудование:
компьютер, мультимедийные проектор, экран, раствор белка, азотная кислота, соли
тяжелых металлов, спирт, спиртовка, спички, таблицы, диск« Виртуальная лаборатория».
Ход урока
I Учитель биологии.
Здравствуйте, ребята!
Здравствуйте, уважаемые гости!
Предметов в школе изучается немало
Для жизни будущей, а не от скуки
И иногда предметы и науки
Встречаются, чтоб сложные проблемы обсудить
Полученные знания совместно повторить.
Как Вы уже поняли, сегодня мы объединим две науки: биологию и химию, которые друг
без друга не могут просто существовать, а для понимания сегодняшнего урока они просто
необходимы.
Знаменитый путешественник и естествоиспытатель Александр Гумбольдт на
пороге 19 века задался вопросом «Что такое жизнь?». Ф. Энгельс в работе «Анти Дюринг»
дал определение жизни, которое вы уже знаете. Дайте определение жизни (Слайд №2)
(Слайд №3) Наша цель сегодня, еще раз доказать, что белок есть способ существования
живого, как теоретически, так и практически. И так для начала немного истории:
Среди множества веществ содержащихся в живом организме. Особое место
занимают белки. Их доля сухого вещества составляет 60%. Каждый из сотен тысяч
разных белков обладает, уникальной химической структурой, которая определяет его
специфические свойства. В последнее время
сформировалась наука - протеомика, которая изучает только белки.
Ваши заданием было подобрать синоним к слову белок
( Синоним белка - протеин используется во всей научной литературе. С греческого слово
3
«протеин» означает - «первый, главный, величайший». В 1754 г. итальянец Беккари
выделил из
пшеничной муки клейкую массу - клейковину и оказалось, что она растительного
происхождения
и напоминала по свойствам продукты, которые можно получить от животных организмов.
Беккари сделал вывод о существовании особых веществ, присущих и животным, и
растениям. Это
положило начало изучению белков). В 1888 г. русский ученый А.Я. Данилевский на
основании своих опытов впервые высказал гипотезу о пептидной связи между остатками
аминокислот в белковой молекуле. Через 11 лет исследованием белков занялись немецкие
ученые химики-органики Фишер и Гофмейстер. Они высказали предположение: в белках
аминокислоты связаны за счет аминогруппы для одной кислоты и карбоксила другой. При
образовании такой связи выделяется вода. Спустя почти 100 лет мы определенно можем
сказать, из чего же состоит белок.
Учитель химии:
Итак, давайте вспомним, какие элементы входят в состав белка?
(в состав белковых молекул входят следующие элементы: С, Н, О, N, P, S (показывает их
на таблице ПСХЭ). Молекулярная масса колеблется от нескольких тысяч до нескольких
десятков миллионов. Все белки-биополимеры
Что такое биополимеры?
(Высокомолекулярные соединения, состоящие из нескольких мономеров)
Какие молекулы являются мономерами молекулы белка?
(Аминокислоты)
Что вы знаете об аминокислотах?
(-АК(аминокислоты)- низкомолекулярные соединения в состав которых входят С, Н, О, N,
S, Mg, Fe) Перед вами формулы двух аминокислот. Как они называются? (слайд 5)
СН2- СООН СН3 – СН- СООН
NH2 NH2
(глицин и аланин)
Что у них общего и чем отличаются?
(В состав каждой аминокислоты входят группы СООН и -NH2, а отличаются радикалом )
Среди аминокислот есть заменимые и незаменимые. Что это значит?(Слайд № 6)
(Незаменимые кислоты это те, которые поступают в организм человека с пищей, в
организме они не синтезируются.) Поэтому их нужно запомнить. А как это легко сделать-
посмотрите на экран.
(слайд № 7)
Их 8: валин, лейцин, изолейцин, лизин, треонин, метионин, фенилаланин, триптофан. Их
легко запомнить с помощью одного предложения: (Слайд № 8)
Валя лейку изогнула, Лиза требует металл и три фена
Валин лейцин изолейцин лизин треонин метионин трипрофан фенилаланин.
АК являются предшественниками антибиотиков, гормонов, витаминов. Например: глицин
- он реагирует возбуждения и торможение в головном мозге, увеличивает
работоспособность, улучшает память.) Чтобы это проверить на практике, попробуйте
глицин. Он вам пригодится на сегодняшний урок.
Какие структуры белка вы знаете, ведь каждый пептид и белок обладает строго
определенным составом и последовательностью аминокислотных остатков в цепи .Это и
определяет их уникальную биологическую специфичность?(Слайд № 9)
(Первичная структура (линейная) - это последовательность аминокислотных остатков в
полипептидной цепи , которые поддерживается толь ко пептидными связями )
4
(Вторичная структура - структура спирали, поддерживаются пептидными и водородными
связями. В одном витке спирали помещается около 4 аминокислотных остатков. Спираль
держится за счёт водородных связей (С=О, N=H), направленными вдоль оси спирали. Все
боковые радикалы аминокислот находятся снаружи спирали )
(Третичная структура. Молекула стремится к наиболее компактной конфигурации,
образуются глобулы (клубки) или фибриллы (нитевидные структуры). Устойчивость
третичной структуры способствует взаимодействию между функциональными группами,
с образованием дисульфидных и амидных мостиков, водородных и гидрофобных связей, а
также пептидных .)
Четвертичная структура - характерное образование олигомерного белка из
нескольких полипептидных цепей, соединяется ковалентными связями.
Учитель биологии :
Мы повторили с вами строение белков.
Повторим, какие функции выполняют белки.
1.Строительная. (Слайд № 10)Представьте, что каждая ваша клеточка покрыта белками и
мембранами, а откуда они взялись:
- Белок пищи расщепляется до аминокислот, которые поступают в кровь;
-Происходит синтез собственных белков;
- происходит постройка мембран из новых созданных белков.
К строительным белкам относят кератин волос и ногтей, фибриллы мышц, эластин
соединительной ткани, коллаген хрящей и сухожилий,
2. Каталитическая или ферментативная.(Слайд № 11) Все реакции организма идут с
помощью ферментов.
Ферменты выполняют роль катализаторов. Особая роль среди ферментов принадлежит
каталазе. Каталаза выполняет в организме очень важную роль. Дело в том, что в клетках в
процессе жизнедеятельности постоянно образуется пероксид водорода. Это вещество
ядовитое, вредное для организма. Каталаза расщепляет перекись водорода до кислорода и
воды
Учитель химии: Как записывается реакция разложения пероксида водорода?
Этот процесс мы посмотрим на практике, выполнив практическую работу.(Слайд №12)
Цель этой работы- выяснить содержание фермента каталазы в живой и мертвой
растительных тканях.
Выполнение лабораторной работы. Правила т/б
1 Прилить 2 мл. Н
2
О
2
в пробирку с сырым картофелем. Что наблюдаете?
(Происходит выделение газа)
2. Прилить 2 мл. Н
2
О
2
в пробирку с вареным картофелем. Что наблюдаете?
(Пузырьки газа не выделяются)
Вывод: Фермент каталаза присутствует только в живых клетках.
Такой же процесс активности каталазы наблюдается при промывании раны Н2О2
Учитель биологии:
Следующую функцию - транспортная.(Слайд № 13)
Какой транспортный белок вы знаете? Что он переносит?
(гемоглобин переносит кислород к тканям, а от них к легким углекислый газ)
4. Регуляторная функция. (Слайд № 14). Что такое гормоны?
(Биологически активные вещества, выделяемые железами внутренней секреции)
Какие гормоны вам известны?
(инсулин, тироксин, тестостерон и др.)
Учитель биологии:
Наверно вы устали, давайте сделаем физ. минутку( используются элементы
здоровьесберегающих технологий):
1) Посмотрите влево, вправо, вверх, вниз, круговые движения, зажмурьте глаза,
расслабьте мышцы, откройте глаза.
5
2) Погладьте брови, глаза, веки.
3) Повернитесь на стуле направо, налево.
4) Выпрямите спину, сядьте позу кучера, расслабьтесь.
5) Потрите ладони , пальцы и активизируйте работу организма.
6) Найдите активные точки на лбу, висках, возле крыльев носа, подбородке и
помассируйте их.
Молодцы, выполнили зарядку, ваши белки выполнили двигательную функцию.
(Слайд № 15).
Какие сократительные белки входят в состав мышечных волокон?
( миозин и актин. )
5. Защитная.(Слайд № 16)
Какие белки выполняют эту функцию?
(Антитела и противовирусные белки интерфероны)
6. Сигнальная. (Слайд № 17)В чем она заключается?
(В поверхностную мембрану клетки встроены молекулы белков, способные изменять
свою третичную структуру в ответ на действие факторов внешней среды. Так происходит
прием сигналов из внешней среды и передача команд в клетку. Это белки- рецепторы)
7.Я вижу вы неплохо разбираетесь в белках, но в организме есть еще одна функция
энергетическая. (Слайд № 18)
Белок расщепляется до аминокислот, они до углекислого газа, аммиака, воды и мочевины
с выделением энергии. 1 г - 17,6 кДж пищи. Куда пойдет энергия от расщепления белка?
( ответы : на механическую работу, на тепло, на синтез новой энергии)
Учитель химии
А теперь нам пора вспомнить химические свойства белков
Итак ... Большинство белков образуют коллоидные растворы, доказательством чего
служит способность рассеивать свет. Существуют белки растворимые и нерастворимые в
воде (например: опорные ткани, ногти, шерсть, хрящи).
Белки способны сильно набухать в воде, имеют ярко выраженные гидрофильные
свойства.
В растворе белка могут происходить процессы :
- высаливание (выделение белка из раствора при добавлении соли);
-денатурация (переход в состояние отличное от природного, с частичной или полной
потерей биологической активности);
-коагуляция (нарушение структуры гидратных оболочек макромолекулы).
Прежде, чем зайти в минилабораторию вспомним правила техники безопасности
( учащиеся рассказывают правила техники безопасности при работе с кислотами,
щелочами, со спиртовкой).
Выполнение лабораторной работы.(Слайд № 19)
Опыт 1. СВЕРТЫВАНИЕ БЕЛКОВ ПРИ КИПЯЧЕНИИ.
В пробирку поместите 5 капель раствора яичного белка и нагрейте до кипения.
Содержимое пробирки охладите и попытайтесь растворить в воде.
Вопросы
• Какие изменения происходят в структуре белка при нагревании? Меняется ли первичная
структура?
• Как называется процесс свертывания белка?
• Почему свернувшийся белок не растворяется в воде?
(Слайд № 20) (Денатурация - это следствие потери устойчивости раствора белка, имеет
огромное физиологическое значение для человека. Его причины: повышение
температуры, давление, УФ – излучение, радиация, кислотная, щелочная среда, соли
тяжелых Me.) Скажите, зачем маринуют мясо для шашлыка?
6
Ответ: под действием кислот происходит расщепление белка до дипептида. А в желудке
уже дипептиды расщепляются до аминокислот , значит маринование облегчают
переваривание пищи.
2. Почему при варке мясо уменьшается в объеме?
Ответ: Так как разрушается четвертичная, третичная и вторичная структура , а первичная
нет, поэтому у мяса есть объем.
В последние годы ученые стремятся раскрыть эту сложнейшую проблему. Так И.Н.
Буланкиным высказана интересное предположение, что процессы старения при
возрастных изменениях организма связаны с медленно протекающей денатурацией
белков. Может быть именно в преодолении этого процесса лежит ключ к продолжению
жизни. )
Опыт 2. КСАНТОПРОТЕИНОВАЯ РЕАКЦИЯ
В пробирку поместите 10 капель раствора яичного белка и 2 капли концентрированной
(1:3) азотной кислоты. Смесь осторожно нагрейте до появления желтого осадка и
охладите. Добавьте по каплям концентрированный раствор аммиака до появления
оранжевой окраски.
Вопросы
• Какие аминокислоты можно обнаружить с помощью данной реакции? На примере
соответствующей аминокислоты напишите реакцию ее взаимодействия с азотной
кислотой.
• Чем объясняется изменение желтой окраски на оранжевую после добавления раствора
аммиака?
• Можно ли считать данную реакцию качественной на белок?
Опыт 3. БИУРЕТОВАЯ РЕАКЦИЯ(Слайд № 22)
В пробирку поместите 5 капель раствора яичного белка и столько же 20%-го раствора
гидроксида натрия. Добавьте 1-2 капли 2%-го раствора сульфата меди (II), появится
красно-фиолетовая окраска.
Вопросы
• Наличие какого структурного фрагмента в молекуле необходимо для положительной
биуретовой реакции?
• Можно ли считать эту реакцию качественной на белок? образованием аминокислот.
Учитель:
В белках содержится карбоксильная и аминогруппа, поэтому, подобно аминокислотам,
они проявляют амфотерные свойства.
Существенные долгие процессы переваривания и всасывания белков, они связаны с
гидролизом.
Гидролиз белка - это, прежде всего, разрушение из важнейших уровней организации
белковой молекулы. В лабораторных условиях данный процесс при t, в организме - под
действием ферментов питания. Биологическая ценность белков определяется
содержанием в нем незаменимых аминокислот. Недостаток белков или нарушение
процессов их усвоения приводит к развитию жировых отложений в печени, к болезням
крови и ослаблению иммунитета.
Ученик (Слайд № 23)
Этапы гидролиза белка в организме:
1. Под действием белков - ферментов в желудке происходит расщепление белковых
молекул до полипептидов с меньшей молекулярной массой.
2. В кишечнике они гидролизуются до отдельных аминокислот.
3. Смесь аминокислот всасывается слизистой оболочкой тонкого кишечника.
4. Через систему воротной вены смесь попадает в печень.
5. Затем разносится кровью по всем органам и тканям.
7
6. Аминокислоты расходуются на синтез белка (увеличение белковой массы,
рост, обновление), а также распадается в процесс жизнедеятельности.
Учитель:
Необходимо подчеркнуть, что большое потребление белков ведет к образованию
желудочно-кишечном тракте продуктов неполного расщепления, что может вызвать
интоксикацию организма, поэтому необходимо помнить о рациональном питании.
Учитель:
Сколько же нужно употреблять человеку в день белка? (варианты предлагают дети
ответов). Не будем гадать, давайте решим задачу и ответим на этот вопрос.(Слайд № 24)
Задача: Известно, что для взрослого человека необходимо 1,5 г белка на 1кг массы. Зная
свою массу, определите норму необходимого потребления белка для своего организма.
(1,5г-1кг; х=1,5*50/1=75; х-50кг) (Свои варианты ответа; решение у доски)
Задача: При продолжительности жизни 70 лет обновление белка происходит 200 раз.
Зная свой возраст, предложите, сколько раз поменяется у Вас белок? (45 раз в 11 классе)
Можно ли пищевые белки заменить другими компонентам рациона, например жирами и
углеводами и при этом обеспечить важнейшие процессы в организме?
Большое потребление белков ведет к образованию в желудочно-кишечном тракте
продуктов неполного распадения, что может вызвать интоксикацию организма, поэтому
необходимо помнить о рациональном питании.
Учитель :
Для закрепления сегодняшней темы вам надо решить кроссворд, но знайте, « что- думать
самая трудная работа.»- сказал Форд.
Для того, чтобы проверить насколько вы усвоили тему сегодняшнего урока проведем
тестирование (на столы раздаются вопросы по вариантам).
1-в 2 в
БЕЛОК ЖИЗНЬ
1. Белок-это... 1. Белок состоит из:
а) пептид а) липидов
б) полимер в) аминов
в) мономер ж) аминокислот
2. Незаменимая АК 2. Биуретовая реакция - это качественная
в) пролин реакция на белок, доказывающая наличие
б) глутамин в нем:
е) валин и) пептидных групп
к) остатков ароматич. Кислот
л) содержание серы
3. При расщеплении 1г белка 3. Сколько находится в образуется:
трипептиде пептидных групп
л) 17.6 к Дж к)3
м) 20,8 к ДЖ з) 2
н) 39,6 к Дж м) 4
4.Фосфопротеины-это остаток 4. Денатурация - это:
о) Белок фосфорной кислоты ж) высаливание белка
п) Белок липид з) образование белка
р) Белок фосфор н) разрушение структуры белка
5. Какой белок выполняет 5. Вторичная структура белка –
транспортную функцию в крови л) линейная структура
8
к) Гемоглобин м) глобулы, фибриллы
л) Клетки киллеры ь) структура спирали
м) Лейкоциты
Из правильных ответов составьте слова, которые не раз упоминались сегодня на уроке -
ключевые слова
Учитель химии:
На другой стороне листов, где записаны вопросы теста большими буквами . Напишите
эти слова и давайте этими словами ответим на вопросы, поставленными в начале урока.
Итак. 1 вариант - Белок . Второй вариант-ЖИЗНЬ.
Я вижу, вы неплохо справились с такой работой и время нашего урока подошло к
концу.
Молодцы! Да, ребята, белки играют важные функции в организме. Так почему же белок-
это жизнь? «Жизнь - есть способ существования белковых тел, существенным моментом
которого является постоянный обмен веществ с окружающим их внешней природой.
Причем с прекращением этого обмена веществ прекращается и сама жизнь». Это сказал
Ф.Энгельс. Заметьте, что это определение было дано в 19 в., тогда еще не было
достаточно изучено строение белка, его основные функции, химические свойства. Но это
определение жизни и сейчас является самым точным, согласны ли вы с этим?
Вы сегодня были биологами и химиками, и за активную работу в области
исследования белка получаете оценки. Вашим домашним заданием будет оставить
репортаж с места событий, или кроссворд о белках, или найти дополнительную
необычную информацию по данной теме. Но помните:
«Если ты что-нибудь делаешь - делай это хорошо. Если же ты не можешь или не хочешь
делать хорошо, лучше совсем не делай»- говорил Л.Н.Толстой. Спасибо за урок!
9
Приложение 1.
Содержание белка в продуктах питания.
Название
продукта
Содержание белка
Название
продукта
Содержание белка
мясо
18-22%
Горох
26%
рыба
17-20%
картофель
1,5-2%
сыр
20-36%
Ржаной хлеб
7,8%
яйца
13%
яблоки
0,3-0,4%
молоко
3,5%
капуста
1,1-1,6%
рис
8%
морковь
0,8-1%
свекла
1,6%
макароны
9-13%
пшено
10%
Гречневая крупа
11%
Содержание белка в пищевом рационе взрослого человека.
Потребность белка в
(сутки\г)
Источник белка
Потребность белка в
(сутки\г)
19,9
картофель
30
26
Хлеб из пшеничной
муки
67
27,6
10
Использованные материалы и Интернет-ресурсы
1. В.Г. Жириков. Органическая химия. М.: Просвещение, 2003г.
2. В.Б. Захаров, С,Г. Мамонтов, В.И. Сивоглазов. Биология. Общие закономерности:
Учебник для 10-11-х классов общеобразовательных учебных заведений. М: 2003г.
3. А.О. Рувинский, Л. В. Высоцкая, С.М.Глаголев. Общая биология: Учебник биологии
для 10-11 класса с углубленным изучением. М.: Просвещение, 1993г.
4. И.Г. Хомченко. Общая химия. М.: Просвещение, 1993г.