Навчально-виховний комплекс
«загальноосвітня школа І ступеня – гімназія»
Мирноградської міської ради
Донецької області
Тема уроку: Білки як високомолекулярні сполуки в 11 класі ( академічний рівень)
Матеріал даної теми розроблено на 2 години ( пара)
Додається схема конспекта
Даний матеріал можна використовувати і в 9 класі
Учитель хімії Коваленко
Наталя Іванівна
Білки як високомолекулярні сполуки
Цілі :
формування ключових природничих компетентностей на основі ознайомлення учнів з білками як найвищим ступенем розвитку речовин у природі, які зумовили появу життя;
показ їх будови, властивостей та різноманіття біологічних функцій; підтвердження правильності матеріалістичного розуміння природи; забезпечення набуття навичок практичної та експериментальної діяльності, здатності застосовувати набуті знання у повсякденному житті; удосконалення пізнавальних вмінь: порівнювати, виділяти головне, аналізувати, встановлювати причино–наслідкові зв’язки при вивченні будови і властивостей білків; розвиток творчих здібностей, формування наукового світогляду, прагнення брати активну участь у пошуку нових знань; використання демонстрації дослідів для реалізації між предметних зв’язків, допитливості, розвитку стійкого інтересу до предмету та забезпечення ґрунтовності знань; виховання самостійності, культури спілкування, толерантності, вміння працювати в колективі.
Тип уроку: комбінований - засвоєння нових знань, набуття і формування нових вмінь і навичок
Методи: пояснювально–ілюстративні, проблемні, частково–пошукові, практичні, дослідницькі, самостійні, інтерактивні.
Між предметні зв’язки: біологія, екологія, астрономія, історія, математика.
Обладнання: мультимедійний проектор, мультимедійна схема структури білкової молекули, презентації, періодична таблиця, схеми, роздатковий матеріал.
Реактиви: концентрована нітратна кислота, мідний купорос, пір’їни, білок, етанол, натрій гідроксид.
Хід уроку
І. Організаційний етап
Привітання вчителя.
Приготування учнів до уроку
II. Мотивація навчальної діяльності
Учитель: Жодне з природних явищ не викликало такої гострої боротьби світоглядів, які завжди супроводжували проблеми живого. А причина цієї боротьби – у самому об’єкті пізнання, його унікальності, неповторності й складності. Давайте подивимося фрагмент фільму « Як на Землі зароджувалося життя»
Як ви бачили, високомолекулярні сполуки, білки, обумовлюють існування живих організмів, виконують різні функції. Тому знання, які ви сьогодні отримаєте про них, сприятимуть розвитку вашого світогляду та формуванню життєвої компетентності ( Слайд №1)
Проблемне питання ( Слайд №2)
Що лежить в основі життя?
Які асоціації у вас виникають зі словом життя?
(Заслуховуються всі можливі варіанти відповідей). ЖИТТЯ
(Приклади асоціації – організм, росте, відмирає, рухається, розмножується, дихає, харчуються, мутує, спадковість, клітини, обмін з навколишнім середовищем, взаємодія між організмами, еволюція ).
(«Робочі» визначення життя заслуховуються і записуються у зошиті).
Учитель: Це стане гіпотезою , яку ми перевіримо у ході навчального дослідження протягом уроку.
ІІІ. Актуалізація опорних знань.
(На дошці написано формули Гліцину, Аланіну, Серину)
Завдання:
До якого класу органічних речовин відносяться?
Які властивості вони проявляють? (амфотерні)
Яке середовище у розчинах цих речовин? (нейтральне)
Що є найважливішим джерелом для їх отримання? (природні білки)
У природі існують родовища амінокислот? (ні)
Охарактеризувати фізіологічне значення амінокислот.
Написати рівняння реакції одержання трипептиду з а-амінопропанової кислоти.
ІV. Вивчення нового матеріалу (укрупнення матеріалу) ( Слайд №3)
1) гіпотеза виникнення білків
2) білки в природі
3) склад і будова білків
4) класифікація білків
5) властивості білків
6) функції білків
7) синтез білків
8) застосування білків у промисловості
9)значення білків у життєдіяльності організмів
Учитель. З перших уроків біології ви намагалися виявити сутність життя й живого. Вчені давно намагаються знайти особливі елементи, що складають живі організми. Чи вдалося їм це?
На елементарному рівні жодної різниці не існує. А на молекулярному? З тих самих елементів, які природа використала для створення неживої матерії, але в іншому поєднанні вона створила живі організми.
Одночасно з людиною Землю населяють близько 500 тисяч видів рослин і величезна кількість бактерій. Листя яблуні не схожі на вухо свині, риба відрізняється від троянди, а людина навіть віддалено не нагадує мухомор. Кожен представник живого світу — єдиний і неповторний, але щось їх об’єднує. Усі ми побудовані з одних речовин, що відрізняються від неживої природи, та єднають нас між собою.
Під час нагрівання м’ясо, дріжджі або рослинний сік біліють. Це відбувається тому, що в них присутні речовини, подібні до яєчного білка. Завдяки цьому всі схожі речовини отримали назву білки. Білки є найважливішою складовою організмів. Вони містяться в протоплазмі та ядрі рослинних і тваринних клітин і є головними носіями життя. Там, де відсутні білкові речовини, відсутнє життя. «Життя - це спосіб існування білкових тіл»(Ф.Енгельс)(Слайд №4)
Білки, як продукт тривалого розвитку природи, розглядає гіпотеза щодо виникнення амінокислот з неорганічних речовин упродовж історичного процесу розвитку Землі.
( Виконання перетворення за історичними даними)
У період розжареного стану нашої планети під час взаємодії вуглецю і металів утворилися карбіди металів. Під час остигання планети, коли на її поверхні у величезних кількостях почала збиратися вода, вони могли покласти початок появи вуглеводнів.
СаС2 +2Н2О→СН=СН + Са(ОН)2
або
С+2Н2→СН4
За відповідних умов з вуглеводнів утворилися інші органічні речовини:
Перетворення альдегідів, у свою чергу, могло приводити до виникнення інших, ще складніших речовин.
Під впливом надходження на Землю великої кількості енергії, радіації, рясних грозових розрядів та інших умов між речовинами відбувалися найрізноманітніші реакції, у тому числі й синтез амінокислот з газів атмосфери. Останнє підтверджено дослідом. Ученим вдалося отримати амінокислоти, пропускаючи електричні розряди крізь суміш метану-СН4, амоніаку-NН3, пари води-Н20 та водню-Н2. Підчас випадіння осадів на земну поверхню, амінокислоти переходили в первісний океан, де з них могли утворюватися білкові речовини. У процесі еволюції білки вдосконалювалися та найкращим чином пристосовувалися до виконання тих чи інших життєвих функцій.
До елементарного складу білків входять 5 основних елементів: (Слайд №5)
Карбон (С) – 50 – 55%
Гідроген (Н) – 6,5 – 7,3%
Оксиген (О) - 21,5 – 23,5%
Нітроген (N) – 15 – 17%
Сульфур (S) – 0,3 – 2,5%
Фосфор (Р), Йод (І), Ферум (Fe), інші елементи – у невеликій кількості.
Яку ж будову мають білки?
Вони мають високу молекулярну масу. Переконаймося в цьому, розв’язавши задачу.
(Слайд №6)
Задача. В одному з білків міститься 0,32% Сульфуру. Якою є його відносна молекулярна маса, якщо припустити, що в молекулі міститься лише один атом Сульфуру?
Але Мr (білка) може бути набагато більшою — до мільйона.
Визначити будову білка можна під час гідролізу. Гідроліз білка дає суміш амінокислот, оскільки білки складаються із різних а-амінокислот. (Слайд №7)
трипептид
дипептид
гліцин
Легко помітити, що будову амінокислот, з яких складаються білки, можна виразити загальною формулою: (Слайд №8)
| R | у І – Н |
| у ІІ – СН3 | |
| у ІІІ – HS–CH2– | |
|
| |
Як саме амінокислоти утворюють білкову молекулу? (Слайд №9)
Уперше питання будови білкових речовин висунув у 1888 році О. Я. Данилевський. Він висловив припущення, що амінокислоти об'єднуються в білках на зразок пептидів, тобто за рахунок своїх амінних і карбоксильних груп.
О.Я.Данилевський вважав, що білки складаються з поліпептидних ланцюгів, які, у свою чергу, поєднуються між собою за рахунок додаткових зв’язків, завдяки чому вони мають велику міцність. Цими додатковими зв’язками можуть бути зв’язки за рахунок сульфгідрильних, гідроксильних і карбоксильних груп і, врешті-решт, за рахунок атомів Гідрогену, що приєднуються до Нітрогену.
Вивчення поліпептидної теорії структури білку належить німецькому вченому Є.Г.Фішеру.
У 1902 році Є.Г.Фішер підтвердив теорію О. Я. Данилевського. Є.Г.Фішер та Абдергальден здійснили синтез поліпептидів поза організмом. Вони отримали поліпептид, що складався з 19 амінокислот, оскільки природні білки — високомолекулярні сполуки (ВМС), в їхніх поліпептидних ланцюгах амінокислотні залишки багаторазово повторюються, причому для білка існує суворо визначений набір амінокислотних ланок.
Послідовність чергування різних амінокислотних ланок у поліпептидному ланцюгу називається первинною структурою. (Слайд №10)
Вторинна структура (досліджували американські вчені Л.Полінг та Р.Корі). — ланцюг закручується в спіраль. Її сталість забезпечують водневі зв’язки. (Слайд №11)
Третинна структура (досліджував англійський вчений Дж. Кендрю в 1957 р.) — спіраль закручується: білок набуває кулястої (глобула) або ниткоподібної форми (фібрила), тому їх називають глобулярними або фібрилярними білками. (Слайд №12)
Зв’язки — сульфідні містки, сольові містки, гідрофобні сили склеювання.
Четвертинна структура — кілька третинних форм (субодиниць) білка, з’єднаних разом.
До складу таких об’єднань можуть входити йони металів або інші речовини небілкової природи. Так, молекула білка гемоглобіну – (С738 Н1166 О208 S2 Fe)4, складається з чотирьох субодиниць, з’єднаних з йоном Феруму, що дозволяє такій молекулі переносити кисень і вуглекислий газ в організмі. (Слайд №13)
( можна подивитися мультимедійну схему структури білкової молекули)
Інтерактивна вправа «Хімічні пазли»
Учитель: давайте з вами спробуємо побудувати структури білків для цього об’єднаємося
в 4 групи. (Кожна група отримує набір кульок різного кольору однаковою кількістю).
Завдання № 1 Побудувати первинну структуру білка.
Учитель: Чи однакова послідовність кульок різного кольору у ваших моделях? (Ні)
Що це означає?
Висновок: сполучення залишків 20 а-амінокислот утворюють різні комбінації. Тому немає двох організмів з однаковим набором білка.
Завдання № 2 Побудувати вторинну структуру білка.
Висновок: вторинна структура – це спосіб упакування первинної структури в просторі, утворюється за рахунок водневих зв’язків.
Завдання № 3 Побудувати третинну структуру білка.
Висновок: третинна структура зумовлена здатністю спіралі закручуватися у глобулу. Вона стабілізується водневими зв’язками та дисульфідними містками.
Завдання № 4 Побудувати четвертинну структуру білка.
Представники кожної групи об’єднують утворені глобули між собою.
Висновок : просторова модель білка.
Учитель: А тепер візьміть свої глобули і сядьте на місце.
Що сталося із білковою молекулою? ( зруйнувалася до третинної структури)
Чи зустрічалися ви у своєму житті з процесом руйнування білків? Приведіть приклади.
(Так. Варене яйце, приготування м’яса, риби, горіння волосся тощо).
Учитель: Через наявність різноманітних функціональних груп білки не можна віднести до певного класу органічних речовин. Але можна класифікувати. (Слайд №14)
(заповнюємо схему, використовуючи додаткову інформацію)
Класифікація білків
За хімічним складом За формулою молекул
Фібрилярні ниткоподібні Глобулярні кулясті Протеїди складні Протеїни прості
Білки — це природні ВМС, що складаються із залишків а-амінокислот. Різних амінокислот існує понад 20, вісім з них є незамінними.
Отже, білок — макромолекули — полімер — мономер — амінокислота (n = 20, А1... А20)
За такої складної будови білки мають дуже різноманітні властивості.
Фізичні властивості (Слайд №15)
Білки - це тверді речовини, хоча трапляються й рідини. Деякі білки можуть бути виділені у вигляді кристалів – білок курячого яйця, гемоглобін.
Білки не мають певної температури плавлення та не переганяються.
Глобулярні білки розчинні у воді та водних розчинах кислот, лугів, солей. Під час розчинення білків у воді утворюється молекулярно-дисперсна система.
Фібрилярні білки не розчинні у воді.
Усі білки оптично-активні, більшість із них мають ліве обертання.
Хімічні властивості білків
Денатурація — порушення нативної структури білка (оборотна і необоротна). Вона відбувається при нагріванні, зміні кислотності середовища, дії випромінювання, розчинів солей важких металів або органічних розчинників. Приклад денатурації - згортання яєчних білків при варінні яєць або ущільнення білків молока при скисанні. Необоротна денатурація може бути викликана дією на білки солей важких металів – Плюмбуму або Меркурію.
(молекули білків, які використовували в інтерактивній вправі, використовуємо для демонстрування денатурації.)
Якщо умови існування білків змінюються несуттєво (наприклад, невелике підвищення температури або невелика зміна кислотності середовища), то при поверненні у вихідні умови структура білка може відновитися - цей процес називають ренатурацією білка. Здатність до ренатурації доводить, що властивості й просторова будова білків обумовлюються виключно первинною структурою, тобто амінокислотною послідовністю поліпептидів.
Гідроліз (приклад — трипептид – слайд№7). Під дією ферментів або внаслідок нагрівання з розчинами кислот або лугу білки гідролізуються. Гідроліз відбувається поетапно: Білок –альбумози – поліпептиди –дипептиди – а-амінокислоти
Наявність у радікалах амінокислотних ланок білків груп -СООН та -NН2 обумовлює амфотерні властивості білків. Якщо в молекулі містяться більше карбоксильних груп, ніж амінних, то він виявляє властивості кислот; якщо переважають аміногрупи, то білок має властивості основи. (Слайд №16)
Учитель: сьогодні ви будете працювати у науковій лабораторії . (Індивідуальна робота)
Мета вашої роботи: дослідити хімічні властивості білків.
(Проведення інструктажу з БЖД)
Горіння білків.
Візьміть пір’їну та підпаліть її. Який запах відчуваєте?
Висновок. Виділення запаху «паленого пір’я» це явище використовують для розпізнання білків.
Денатурація білків
Подійте на білок розчином купрум (ІІ) сульфатом (СиSO4). Що спостерігаєте?
Висновок. Білок згорнувся, відбулася денатурація, руйнуються всі структури, крім первинної.
Денатурація білків
Дотримуючись правил ТБ, обережно нагрійте до кипіння розчин білку. Що спостерігаєте?
Висновок. Білок згорнувся, відбулася денатурація, руйнуються всі структури, крім первинної.
Осадження білків
а) Подійте на білок розчином етанолу. Енергійно струсіть. Що спостерігаєте? Перевірте осад на розчинність.
Висновок. Утворився осад. Під час додавання води, осад розчиняється - білок не втратив своїх властивостей.
Лабораторний дослід № 17 Кольорові реакції на білок
а) Біуретова реакція.
Налийте в пробірку 1-2 мл розчину білка і додайте декілька крапель розчину натрій гідроксиду, а потім – невелику кількість розчину купум (ІІ) сульфату. Як змінюється забарвлення? Про що це свідчить?
Очікувані результати. З’являється фіолетово-синє забарвлення розчину, обумовлене зв’язуванням Купрум йонів поліпептидами.
б) Ксантопротеїнова реакція.
У пробірку налийте 1-2 мл. розчину білка і додайте 0,5-1 мл. концентрованої нітратної кислоти. (Будьте обережні!). Як змінюється забарвлення? Про що це свідчить?
Очікувані результати. Білок забарвлюється в жовтий колір - за наявності ароматичних амінокислот .
Висновок
1. Для білків характерні реакції по зв’язкам.
2.Біуретова реакція є універсальною для всіх білків, оскільки виявляє наявність пептидних зв’язків.
3.Кольорові реакції використовують для аналітичного виявлення білків.
Функції білків (Слайд № 17)
(Робота з додатковими джерелами) - Самостійна робота
Прочитайте текст і заповніть таблицю «Функції білків». Поясніть, чому білки мають пріоритетне значення для життя?
| Функції | Зміст | Приклади |
| 1Структурна (будівельна) | Будівельний матеріал (ніби із цеглинок складаються організми) | Кератин, колаген, мембранні білки |
| 2. Сигнальна | Повідомляє про порушення умов; сприймають і передають сигнали що надходять від сусідних клитин | Клітинні рецептори, родопсин. |
| 3. Рухова | Скорочення | Мускулатура, органи руху найпростіших; міозін, актин |
| 4. Транспортна | Перенесення біомолекул, О2 та СО2 | Гемоглобін |
| 5. Захисна | Здійснюють імунний захист (знешкоджують чужорідні речовини) | імуноглобулін, антитіла |
| 6. Енергетична | Постачають енергію в організм | 1г білка – 17,6 кДж |
| 7. Каталітична (ферментативна) | Прискорення реакцій | всі ферменти є за своєю природою білками - рибонуклеаза |
| 8. Регуляторна | Регулюють обмінні процеси | Гармони, модулятори, інсулін |
Синтез білків (Слайд№18)
Щоб отримати заданий білок, слід з’ясувати його амінокислотний склад, встановити первинну структуру, визначити просторову конфігурацію білкової молекули, а потім штучно відтворити це.
Найлегше встановити амінокислотний склад. Це здійснюють автоматичні пристрої. Великі труднощі зустрічаються під час синтезу первинної структури, тому що слід дотриматися чіткої послідовності амінокислотних залишків у поліпептидному ланцюгу. Крім того великі труднощі виникають із-за наявності в амінокислотах різних функціональних груп, оскільки в процесі синтезу вони можуть зазнавати перетворень, а це також веде до відхилення від складу заданого білка. Щоб зберегти функціональні групи на період синтезу їх перетворюють у інші, які більш хімічно стійкі, а потім знову відновлюють. Це обумовлює дуже велику кількість реакцій. У 1954 році отримали білок Інсулін (лікування цукрового діабету) для його синтезу потрібно було зробити 220 реакцій протягом 10 років. Біосинтез білка в клітині за участі ДНК і РНК здійснюється за 2-3секунди.
Синтез білків має не тільки теоретичне але і практичне значення для збагачення харчових ресурсів.
( Захист міні – проектів за темами «Біотехнологія - синтез білків», «Мікробіологічний синтез білків - користь чи шкода?», «Практичне застосування кольорових реакцій на білки», «Вегетаріанство «за» чи «проти»», «Значення білків у життєдіяльності організмів»)
V. Узагальнення та систематизація знань
( можна використати хімічний диктант, тестові завдання)
1. Чому білки назвали протеїнами?
2. Якою є структура молекули білка?
3. Чому білки називаються поліпептидами?
4. Що таке денатурація?
5. Які функції виконують білки?
6. Як можна визначити, що продукти містять білок?
7. Як відрізнити натуральні нитки від синтетичних?
VІ. Підведення підсумку уроку
Учитель: на початку уроку було висунуто гіпотезу: Що лежить в основі життя? На підставі здійсненої перевірки ми можемо пересвідчитися у вірності або хибності наших припущень. До яких висновків стосовно сутності життя ви прийшли?
Відповідь: В усіх життєвих процесах важливу роль відіграють білки. Вони і лежать в основі життя.
Висновки (Слайд№19)
Пріоритетна роль білків у клітинах і організмі пояснюється різноманіттям їхніх функцій, тому вони є основою життя.
Сучасна наука уявляє життя як переплетіння найскладніших хімічних процесів взаємодії білків між собою й іншими речовинами.
Життя — це спосіб існування білкових тіл, істотним моментом якого є постійний обмін речовин із зовнішньою природою, що оточує їх, причому з припиненням обміну речовин припиняється й життя, що призводить до розкладу білка.
Життя – це хімічна система, яка сама себе підтримує та здатна до оновлення і еволюції. (Д. Джойс)
Учитель: Прикладені у продовж уроку зусилля не були намарними, оскільки збагатили вас розумінням ролі та значення білків для життя.
Рефлексія
Я навчився ……
Я набув вміння …….
Найважливішим відкриттям на цьому уроці для мене було…
Особливо запам’яталося….
(Учитель дякує всім за плідну співпрацю, коментує навчальні досягнення учнів.)
VІІ. Домашне завдання
Опрацювати матеріал про білки
Підготуватися до уроку - семінару: «Білки, їх будова і властивості».
Творче завдання (на вибір)
розробити міні-проекти про вчених, які досліджували білки та штучно їх отримали;
скласти тестові завдання з даної теми;
відеоролик «Що лежить в основі життя?»;
рекламний ролик про білки.
Література
1.Березан О.В.Органічна хімія:Посібник для вчителя хімії та учнів.- К.:Абрис, 2000
2. ГранкінаТ.М., ІщенкоТ.В. Хімія за тиждень (книга 10). – Х.:Видавнича група основа, 2003
3. Бойчук І.Д., Зубрицька Л.О. Органічна хімія – К.: Медицина, 2013
4. Інтернет- ресурси
