Урок "Белок - основа жизни"
методическая разработка по биологии (10 класс) на тему

Интегрированный урок по биологии и химии

Учителя: Раенок Е.В. и Титова О.Н.

МБОУ СОШ    № 46

Г. Новосибирск  2015г.

Белок – основа жизни.

Цель: сформировать понятие о белке, как о химическом веществе жизни.

Задачи: 1.Определить уровни организации белковой молекулы.

2.Раскрыть биологические функции и значение белка.

3.Развивать практические умения работы с химическими реактивами.

Урок начинает учитель биологии словами:

С.Я.Надсон

«Меняя каждый миг свой образ прихотливый,

Капризна как дитя и призрачна как дым,

Кипит повсюду жизнь в тревоге суетливой

Великое смешав с ничтожным и смешным…»

Эти строки позволяют задуматься над вопросом, который всегда волновал людей: что такое жизнь? В течение веков копились наблюдения, проводились исследования, создавались теории. Одни послужили основой новых исследований, другие гибли ввиду несостоятельности…

Наука IIX века еще не могла видеть всей глубины изучаемого процесса, но накопила достаточно экспериментального материала, чтобы дать следующее определение жизни:

«Жизнь есть способ существования белковых тел, существенным моментом которого является постоянный обмен веществ с окружающей их внешней природой, причем с прекращением этого обмена веществ прекращается и сама жизнь, что приводит к разложению белка».

                                                Ф.Энгельс «Антидюринг»

Определение, данное Ф.Энгельсом в работе «Антидюринг» позволяет задуматься над вопросом: как современная наука представляет процесс жизни?

                       Современное определение жизни

«Жизнь – переплетение сложнейших химических процессов взаимодействия белков между собой и другими веществами».

Вопрос для учащихся: Где в нашей жизни мы встречаемся со словом «белок»?

В нашем организме содержание белков в % к сухой массе:

- в мышцах – 80%

-в коже – 63%

- в печени – 57%

- в мозге – 45%

- в костях – 28%

Выступление ученика с дополнительной информацией по теме «Белок в организме человека»

В организме человека нет участка, где не было бы белков. Установлено, что за 180 суток обновляется примерно половина белков тела человека, а белки печени целиком обновляются за 17 – 20 суток, за 20 суток кровь человека обновляется полностью три раза.

Необходимые для организма человека специфические белки состоят из аминокислот, 10 из которых – незаменимые. Эти аминокислоты не могут быть синтезированы в организме, но без них невозможен синтез белков. Поэтому человек получает незаменимые аминокислоты из пищи, преимущественно животной, или из бобовых растений, ядер орехов и семян подсолнечника. Остальные аминокислоты могут заменять друг друга или быть синтезированы в процессе обмена веществ в организме, отсюда их название – заменимые аминокислоты.

Признаки белковой недостаточности – задержка роста, малокровие, выпадение волос. Человеку в сутки требуется 100г. белка, а при большой нагрузке – до 150г.

Белки рыбы не менее ценны, чем белки мяса, но они легче перевариваются и усваиваются организмом.

Отсутствие в пище аминокислоты лизина приводит к задержке роста ребенка, к истощению его мышечной системы. Недостаток аминокислоты Валина вызывает расстройство равновесия у детей.

            Учитель химии объясняет структуру и связи белковой молекулы.

Структура и связи белковой молекулы (схема)

Белки обладают очень сложной структурой. Существует 4 уровня организации белков: первичная, вторичная, третичная и четвертичная.

Первичная структура – это последовательное соединение аминокислотных звеньев в полипептидной цепи.

Вторичная структура – это пространственная конфигурация белковой молекулы, напоминающую спираль. Она образуется при помощи многочисленных водородных связей.

Третичная структура – это в пространстве закрученная в спираль полипептидная цепь. В третичной структуре присутствуют сульфидные мостики, сложноэфирные мостики и водородные связи.

Четвертичная структура образуется тогда, когда соединяются в единое целое несколько молекул.

Классификация белков

Белки

           Простые                                                                   Сложные

При распаде образуются                                                         при распаде образуются

Только  аминокислоты                                                             аминокислоты и вещества                                      

                                                                                                     небелковой природы

Учитель биологии:

Из разных живых объектов – животных, растений, микроорганизмов – были извлечены и изучены тысячи разных белков. Поражает разнообразие физических и химических свойств белков, что обусловлено их различным аминокислотным составом. Белки обладают физическими и химическими свойствами.  

Свойства белков

Физические: растворимые и нерастворимые.

Совершенно нерастворимы белки роговых образований, волос, ногтей. Растворимым является белок куриного яйца (демонстрация опыта растворения в воде яичного белка).

Учитель химии.

Химические:

1. Гидролиз.

Если говорить о составе белков, то белки – это азотсодержащие высокомолекулярные органические вещества. В состав белков входят углерод, водород, кислород, азот. Большинство белков кроме этого содержат серу, фосфор, железо и другие элементы. Относительная молекулярная масса белков очень большая и может достигать многих сотен тысяч единиц. При гидролизе белков было установлено, что они состоят в основном из 20 аминокислот, которые могут соединяться в разных комбинациях. Как слова в русском языке состоят из 32 букв, так и белки из 20 аминокислот.

   Впервые в 1888 году русский биохимик А.Я. Данилевский указал на то, что в молекулах белков содержаться повторяющиеся пептидные группы атомов. В начале 20 века немецкому ученому Эмилю Фишеру удалось синтезировать соединения  в молекулах, которых входило 18 остатков различных аминокислот, соединенных пептидными связями. Эти соединения по свойствам напоминали белки (на доске пишется химическая реакция образования белка.)

    Белки подвержены гидролизу т.е. – распаду на аминокислоты при действии на них щелочей или кислот.

2. Денатурация-нарушение природной структуры белка.

 С белками может происходить денатурация. Это процесс разрушения структуры белка, который может происходить при его нагревании, встряхивании, облучении, варке (учитель показывает опыт по свертыванию яичного белка).

Учитель биологии:

В нашей жизни можно встретить множество примеров денатурации белка. Например:

А) мясо в кипящей воде уменьшается в размере т.к. нарушается вторичная, третичная и четвертичная структуры белка.

Б) перед уколом обрабатывают поверхность кожи спиртом. Дезинфицирующее свойство этилового спирта основано на его способности вызывать денатурацию бактериальных белков, что приводит к гибели микроорганизмов.

В) Кофточка из шерсти при стирке в горячей воде «садиться».

Г) Некоторые лекарства от воздействия солнечных лучей или тепла теряют свои лечебные свойства. Их хранят в темных флаконах и в холодильнике.

3. Ренатурация – восстановление природной структуры белка.

Кроме денатурации происходит и противоположный процесс – ренатурация. Ренатурация – восстановление природной структуры белка при нормальных условиях. Например: сухая вакцина для прививок не активна, а разбавленная водой восстанавливает природную структуру и становится активной.

4. Цветные реакции.

Учитель химии:

Наличие белка в пищевых продуктах  можно доказать при помощи цветных реакций на белок.

Учащиеся выполняют лабораторную работу по инструктивной карточке, используя 21-ю страницу учебника.

По ходу выполнения лабораторной работы учитель комментирует происходящие процессы, учащиеся делают записи в тетрадь.

Учитель биологии: кроме свойств, белки выполняют ряд функций.

Функции белков

1.Каталитическая.

Биологические катализаторы – ферменты – вещества белковой природы.

Ферменты (амилаза, уреаза, липаза и т.д.) – специфичны, активны при оптимальной температуре и давлении, имеют высокую скорость протекания.

Все биологические катализаторы – ферменты – вещества белковой природы. Они ускоряют химические реакции, протекающие в клетке в десятки и сотни тысяч раз. Состав катализатора до и после реакции остается неизменным. Что же общего у ферментов и химических катализаторов, а что их отличает?

1. Один и тот же неорганический катализатор может применяться во многих различных производствах. Фермент же катализирует только одну реакцию или один вид реакций, т.е. он более специфичен, чем неорганический катализатор.
2. Реакции с неорганическими катализаторами идут при очень высоких температурах, а для ферментативных реакций это увеличение ограничено оптимальной температурой т.к. дальнейшее повышение температуры приведет к денатурации. Температурный оптимум близок к 35 – 40 градусам. Есть ферменты микроорганизмов в горячих источниках выдерживающие температуру кипения.
3. Ферменты активны только при физиологических значениях кислотности раствора совместимых с жизнью.
4. Реакции с участием неорганических катализаторов протекают при высоких давлениях, а ферменты работают при нормальном атмосферном.
5. Скорость ферментативных реакций в тысячи и миллионы раз выше, чем у неорганических катализаторов.  

Известный всем пероксид водорода, применяемый в быту как отбеливающее и дезинфицирующее средство без катализаторов разлагается медленно, а фермент каталаза, имеющийся практически во всех клетках, разрушает перекись водорода с невероятной скоростью. Одна молекула каталазы расщепляет в одну минуту более 5 миллионов молекул перекиси.

Учитель биологии показывает опыт по расщеплению перекиси ферментом каталазой. В одной пробирке кусочек сырого картофеля, в другой вареного. В пробирки приливается перекись водорода. В пробирке с сырым картофелем идет бурная реакция, что свидетельствует о наличии фермента в живой клетке и расщеплении перекиси.

2Н2О2  ---------2Н2О + О2

Учащиеся записывают уравнение реакции.

Ферменты применяются в медицине, в сельском хозяйстве, в пищевой, косметической промышленности и в бытовой химии.

2.Белки – регуляторы физиологических процессов – гормоны.

а) гормон роста, образующийся в гипофизе

б) гормон инсулин, образующийся в поджелудочной железе

Вопрос для учащихся: как влияет количество гормона роста и инсулина на организм человека?

При избытке гормона роста развивается гигантизм, а при недостатке карликовость. Из-за недостатка инсулина развивается сахарный диабет.

Успехи в области генной инженерии привели к тому, что многие гормоны искусственно синтезируют. С 1982г. Запущен в производство инсулин. Испытания шли десять лет. Тысячи жизней спасает химический синтез белков – гормонов.

Известна большая группа белковых факторов роста, которые активируют ферменты синтеза ДНК в клетках и, таким образом усиливают деление клеток. Это важно для восстановления тканей при ранениях, а также после операций. Но избыточный синтез факторов роста может приводить к слишком интенсивному делению клеток, к их злокачественному росту и возникновению опухолей. Это происходит из-за изменений в структуре генов, ответственных за факторы роста под действием повышенной радиации, вредных выбросов, алкоголя, курения, наркотиков. Блокировать избыточный синтез факторов роста и подавить их действие – значит привести к подавлению роста злокачественной опухоли. Здоровый образ жизни – залог здоровых клеток в организме.

                    3.Белки – транспортеры.

Белок крови гемоглобин переносит кислород.

4.Защитные белки.

Лимфоциты клетки синтезируют защитные белки – антитела – иммуноглобулины. Вакцины для прививок.

Защитные белки формируют иммунную систему. Лимфоидные ткани производят лимфоциты – клетки, способные синтезировать защитные белки – антитела. Такие антитела называют иммуноглобулины. Чтобы предупредить инфекционные заболевания людям и животным  вводят ослабленные или убитые бактерии или вирусы, которые не вызывают болезни, но стимулируют синтез антител против возбудителей болезни. Миллионы жизней спасены вакцинацией против оспы, бешенства, полиомиелита, гепатита и других заболеваний. В клетках человека синтезируются специальные противовирусные белки – интерфероны. Растения также синтезируют защитные белки – флавоноиды, алколоиды, защищающие покровы самих растений от патогенных микроорганизмов.

                    5.Энергетическая функция.

При распаде 1г. белка выделяется 17,6кдж. энергии.

Незаменимые аминокислоты:

Лейцин

Изолейцин

Лизин

Метионин

Пролин

Треонин

Триптофан

Фенилаланин

Валин

Гистидин

  6.Строительная функция.

Белки участвуют в образовании всех клеточных структур.

7.Двигательная функция.

Белки участвуют во всех движениях, к которым способны клетки и организмы.

                                       Урок заканчивается словами:

Человеку всегда хотелось чуда. Одним из чудес остается возникновение жизни, превращение неживой материи в живой организм. Данный урок дает возможность «приоткрыть дверь» научного познания жизни и понять, что жизнь и белки неразрывно связаны.

«Меняя каждый миг свой образ прихотливый,

Капризна как дитя и призрачна как дым,

Кипит повсюду жизнь в тревоге суетливой,

Великое смешав с ничтожным и смешным».